形變材料是未來航空領域、微創手術、組織工程和智能材料等應用的核心。然而，基于細條狀材料本質上只能發生單向彎曲的非均勻致動。

法國巴黎狄德羅大學Beno?t Roman教授課題組, 受生物結構形態變化的啟發，實現了在壓力作用下，介孔結構彈性體圓盤的快速、可控的復雜形狀變化。該成果以“生物啟發的氣動形變彈性體”為題，發表在《自然·材料》，文章第一作者為Emmanuel Siéfert。

通過嵌入橡膠圓盤的特殊氣道網絡，來精確控制其局部應變速率和方向，從而克服幾何限制。研究者同時展示了如何使用理論模型來編程任意三維形狀，并通過一系列構型來闡述該技術的多功能性。

氣動形變彈性體具有大的工作載荷、可逆和快速致動的優勢，使得制動器在軟體機器人的扭轉、收縮、膨脹或彎曲等運動方式上得以發展。該方法也為形變材料在微創手術、生物打印、流程優化、建筑和智能材料中的應用提供了新的思路。

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圖1 致動原理。a，氣道內壓力變化引起圓盤各向異性膨脹(垂直于氣道的應變高于平行于氣道的應變)；b，制樣模具；c-d，圓盤致動示意圖。

圖2 形變表征。a，樣品的垂直切面示意圖(相對高度Ψ=h/(h + 2e)，氣道密度Φ=d/(d +dw)，d是氣道寬度，dw是壁的寬度，h是氣道的高度，e是覆膜的厚度)；b，在分別固定Ψ值和Φ值后，樣品橫向和縱向應變與壓力的關系曲線；c，施加壓力下，角度α與半徑的關系示意圖。比例尺：1 cm；d，不同參數下，α與壓力的關系曲線(紅色◇(Ψ=0.78±0.05，Φ=0.5，R=50 mm，H=3.8±0.2 mm)； 藍色△(Ψ=0.74，Φ=0.5，R=40 mm，H=5.4 mm)； 紫色△(Ψ=0.68，Φ=0.2，R=50 mm，H=6 mm)； 綠色□(Ψ=0.6，Φ=0.5，R=40 mm，H=6.7 mm))。

圖3 動態響應。a，不同壓力下，材料的響應情況；b，嵌入橡膠圓盤的特殊氣道網絡（圓心密度最高，充氣后形成尖銳結構）；c，3 Hz下的動態響應示意圖。比例尺：2 cm

圖4 氣動形變彈性體的3D形狀變化。

原文鏈接:

https://www.nature.com/articles/s41563-018-0219-x

來源：高分子科學前沿