當(dāng)想到自然運(yùn)動(dòng)時(shí)，植物很可能在大多數(shù)人的列表中排在最后。事實(shí)是植物可以執(zhí)行復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)，但是它們只能非常緩慢地執(zhí)行。植物運(yùn)動(dòng)的主要機(jī)制是水分的吸收和釋放。植物組織中存在的纖維素會(huì)吸收水分并使其膨脹，而纖維素纖維的底層排列可根據(jù)需要引導(dǎo)運(yùn)動(dòng)。現(xiàn)在，如果我們從這種自然現(xiàn)象中汲取靈感并將其用于未來(lái)的工程應(yīng)用，該怎么辦?

令人驚訝的是，事實(shí)證明，這種運(yùn)動(dòng)可能成為生產(chǎn)新型機(jī)器人和機(jī)電一體化設(shè)備的基礎(chǔ)。在最近發(fā)表在《先進(jìn)智能系統(tǒng)》上的一項(xiàng)研究中，日本芝浦工業(yè)大學(xué)(SIT)和早稻田大學(xué)的科學(xué)家團(tuán)隊(duì)基于這種自然界的概念開發(fā)出了一種最簡(jiǎn)單的方法來(lái)制作論文僅使用標(biāo)準(zhǔn)噴墨打印機(jī)就可以根據(jù)需要折疊自己。SIT的首席科學(xué)家Hiroki Shigemune博士解釋了這項(xiàng)研究的動(dòng)機(jī)：“目前，用于快速生產(chǎn)物體的打印技術(shù)已成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)，例如3-D打印。然而，打印功能機(jī)電設(shè)備仍然是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn);我們解決了這一難題通過(guò)尋找一種方便的方法來(lái)打印自動(dòng)折疊的紙張結(jié)構(gòu)，這是可行的。由于紙張主要是纖維素，因此我們從植物中汲取了靈感。”

研究人員首先用不同的水溶液填充普通打印機(jī)的墨盒，然后在紙上打印簡(jiǎn)單的直線，使其自行折疊(圖1)。在確定最佳溶質(zhì)(LiCl，氯化鋰)之后，他們探索了不同濃度如何導(dǎo)致不同的自折疊時(shí)間。為此，他們用四種不同濃度的LiCl水溶液填充了打印機(jī)上的四個(gè)墨盒(黑色，品紅色，黃色和青色墨水)。純凈水幾乎立即引起折疊反應(yīng)，而高濃度的LiCl引起折疊開始略有變化。反過(guò)來(lái)，相對(duì)較低的濃度導(dǎo)致折疊開始的巨大變化，甚至折疊時(shí)間更慢。

有了自動(dòng)折疊機(jī)制，科學(xué)家要做的就是給打印機(jī)一個(gè)文件，以根據(jù)所需的折疊順序打印包含相應(yīng)顏色的線條。這種簡(jiǎn)單的方法使他們能夠產(chǎn)生各種自折疊的折紙結(jié)構(gòu)，包括傳統(tǒng)的紙飛機(jī)和可定位，懸掛然后自行回縮的小型紙?zhí)?。SIT的前田慎吾博士說(shuō)：“通過(guò)簡(jiǎn)單地設(shè)計(jì)合適的印刷圖案，我們的技術(shù)可以很容易地生產(chǎn)出柔性，可拉伸，可展開和可壓碎的折紙結(jié)構(gòu)。”

現(xiàn)在，研究團(tuán)隊(duì)將專注于使用這種新穎的自折疊方法來(lái)開發(fā)機(jī)電設(shè)備。為此，他們會(huì)將這種方法與他們自己開發(fā)的先前技術(shù)結(jié)合起來(lái)。一種使用標(biāo)準(zhǔn)打印機(jī)在電線上打印電線的方法。早稻田大學(xué)的橋本修二博士說(shuō)：“通過(guò)融合這兩種技術(shù)，我們將實(shí)現(xiàn)一種機(jī)電元件和造紙機(jī)器人的快速而簡(jiǎn)單的制造過(guò)程，它將在航天，醫(yī)療和農(nóng)業(yè)領(lǐng)域中找到適合的應(yīng)用。需要制造的一次性智能設(shè)備。”

還值得注意的是，自動(dòng)折疊過(guò)程不需要外部能源或任何類型的復(fù)雜機(jī)械，使其成為實(shí)現(xiàn)真正的植物靈感運(yùn)動(dòng)的有吸引力的環(huán)保選擇。早稻田大學(xué)的Hideyuki Sawada博士說(shuō)，他們成功地實(shí)現(xiàn)了硅棒中的“后驗(yàn)光致性”。換句話說(shuō)，當(dāng)它們有選擇地面向太陽(yáng)或其他光源時(shí)，它們?cè)O(shè)法重現(xiàn)了某些植物(如向日葵)的自然運(yùn)動(dòng)。他解釋說(shuō)：“使用這種技術(shù)，我們可以通過(guò)確保它們始終面對(duì)太陽(yáng)而設(shè)計(jì)出效率更高的太陽(yáng)能電池板。”

這項(xiàng)研究展示了我們?nèi)绾卫么笞匀坏撵`感來(lái)開發(fā)革命性的技術(shù)，即使使用噴墨打印機(jī)等普通設(shè)備也是如此!