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當(dāng)你看到桌子上有一個東西蠕動、爬行的時候，它很可能不是蟲子，而是一塊“橡皮泥”或者“塑料片”。

5月11日，在西北工業(yè)大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院葛飛杰教授的實(shí)驗(yàn)室，他和團(tuán)隊(duì)成員向人們展示了這種有趣的材料——刺激響應(yīng)聚合物。

只見在75°加熱板上，一小片“塑料膜”仿佛有了生命，開始蠕動前行；在另一個實(shí)驗(yàn)中，激光直射下，一條“仿生蟲”左右扭動，像是在躲避外界刺激......

“刺激響應(yīng)聚合物是一種智能高分子，它們在受到溫度、光、超聲波、電場、磁場、水蒸氣或化學(xué)氣體等刺激后會產(chǎn)生特定響應(yīng)，可表現(xiàn)為發(fā)光、變色、變形、運(yùn)動等。”葛飛杰教授解釋說，這個“塑料膜”就表現(xiàn)出在恒溫?zé)岜砻鎸?shí)現(xiàn)自行走，這條“仿生蟲”在激光恒定照射下實(shí)現(xiàn)仿生自維持變形。

這是葛飛杰教授研究成果的一部分，他正通過研究刺激響應(yīng)聚合物對光照、溫度等外界環(huán)境變化做出反饋性響應(yīng)，進(jìn)而發(fā)生物理、化學(xué)性質(zhì)明顯改變的特點(diǎn)，嘗試制備出更多根據(jù)不同條件產(chǎn)生響應(yīng)，或響應(yīng)后發(fā)生更為豐富的性能變化的材料。

葛飛杰教授于2021年加盟西北工業(yè)大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院特種功能與智能高分子工信部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，他主要研究方向?yàn)楦叻肿拥墓δ芘c智能化，現(xiàn)已開發(fā)出一系列光響應(yīng)與熱響應(yīng)智能聚合物致動器，實(shí)現(xiàn)了光控可逆可調(diào)節(jié)驅(qū)動，自維持運(yùn)動以及多功能仿生變形，推動了軟體機(jī)器領(lǐng)域的發(fā)展，成果在國內(nèi)外眾多知名期刊上發(fā)表。

“科研的魅力，有一部分在于它的不確定性，即使結(jié)果與預(yù)期不符，也可能會收獲意外之喜。”葛飛杰教授說。

刺激響應(yīng)聚合物到底有什么用處呢？葛飛杰教授說，它的應(yīng)用極為廣泛。

在航天領(lǐng)域，可以作為衛(wèi)星太陽能電池板的展開結(jié)構(gòu)件。為了減少占用空間，衛(wèi)星在成功進(jìn)入預(yù)定軌道之前，它們的太陽能電池板都處于折疊狀態(tài)。那么如何在地面遠(yuǎn)程將電池板展開？“刺激響應(yīng)聚合物作為太陽能電池板的展開結(jié)構(gòu)件，一旦被加熱就會自動打開，因此我們只需要發(fā)出信號，控制衛(wèi)星提供電加熱，刺激響應(yīng)聚合物就能帶動整個太陽能電池板展開，順利地‘沐浴’陽光了。”

在醫(yī)學(xué)上，刺激響應(yīng)聚合物做藥物釋放的載體也大有可為。醫(yī)學(xué)治療過程中，如果需要藥物釋放在特定身體部位，刺激響應(yīng)聚合物也能助一臂之力。它可以包裹藥物一同進(jìn)入人體，由于其對能夠穿透皮膚的紅外線、超聲波等有所響應(yīng)，因此只要對準(zhǔn)病灶發(fā)射紅外線等信號，刺激響應(yīng)聚合物即可變形張開，藥物就被順利地釋放在目標(biāo)位置了。“這一應(yīng)用未來或?qū)槟[瘤的藥物治療提供新思路，可減少對人體其他健康組織的傷害。”葛飛杰教授說。

葛飛杰教授解釋說，刺激響應(yīng)聚合物等智能材料響應(yīng)外界環(huán)境所產(chǎn)生的形變可驅(qū)動自身進(jìn)行運(yùn)動，而軟體機(jī)器則是其重要的應(yīng)用領(lǐng)域。軟體機(jī)器的模型大多來自于自然界的軟體生物，它們通過仿生設(shè)計(jì)，能夠?qū)崿F(xiàn)爬行、翻滾、跳躍等運(yùn)動模式。

葛飛杰教授還有一項(xiàng)重要成果：刺激響應(yīng)聚合物模仿氣膜泵做功。通過刺激響應(yīng)聚合物在恒溫表面上進(jìn)行的自維持運(yùn)動，帶動小齒輪自主旋轉(zhuǎn)，形成“熱—機(jī)械—熱”反饋回路。這種反饋回路適用于許多熱致相轉(zhuǎn)變高分子材料，可為多領(lǐng)域借助各類大分子材料實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)化提供新思路。

“刺激響應(yīng)聚合物等智能高分子正向著多功能化、高智能化方向不斷邁進(jìn)。”葛飛杰教授說，未來智能高分子或許將發(fā)展成新型人工智能材料，它們無需芯片作為“大腦”，科學(xué)家只要巧妙應(yīng)用其基本物理、化學(xué)特性，就能使它們感知環(huán)境變化，并根據(jù)收集到的環(huán)境信息來決定執(zhí)行怎樣的任務(wù)，做出怎樣的行為，甚至做到自主決策。