类型b：
作者及机构
本视角文章（perspective article）由东南大学化学化工学院、数字医学工程全国重点实验室、先进材料研究所的聂振洲（Zhen-Zhou Nie）、王萌（Meng Wang）和杨红（Hong Yang）合作完成，发表于《Communications Chemistry》期刊2024年第7卷。通讯作者为杨红教授（yangh@seu.edu.cn）。
主题概述
文章题为《Self-sustainable autonomous soft actuators》，系统总结了自持续自主软执行器（self-sustainable autonomous soft actuators）的最新研究进展，重点探讨了其材料设计、运动机制、反馈控制及应用前景。
软体生物（如章鱼、蠕虫）的自持续运动是一种非平衡态现象，具备感知、反馈、决策和自维持能力。然而，传统软机器人依赖算法和模块化设计，存在结构复杂、运动受限和灵敏度低等问题。文章指出，通过将形状变形材料（shape-morphing materials）与结构设计结合，可实现无需人工干预的环境自适应运动。
- 论据：
- 引用生物系统案例（如神经元脉冲、心脏跳动）说明周期性振荡和连续运动的机制（参考文献1-4）。
- 对比传统软机器人（依赖电机和传感器）与新型自持续执行器的差异，强调后者通过材料本征特性实现自主响应（参考文献7-10）。
文章归纳了四类用于自持续执行器的材料：
- 液晶弹性体（LCEs）与液晶网络（LCNs）：
- LCEs通过液晶相-各向同性相转变实现可逆形变（应变20%-81%），光热响应版本可通过光照驱动（图2a）。
- LCNs基于偶氮苯（azobenzene）的光异构化产生微小形变（%），但响应速度快（参考文献51-56）。
- 双层/多层热膨胀材料（CTE差异）：
- 不同热膨胀系数（coefficient of thermal expansion, CTE）的材料组合产生不对称弯曲，如MXene-纤维素-聚酰亚胺三层结构在光热下实现协同形变（图2b，参考文献57）。
- 水凝胶（hydrogels）：
- 基于Belousov-Zhabotinsky（B-Z）振荡反应或温度响应（如PNIPAM）实现溶胀-消溶胀循环（图2c，参考文献60-68）。
- 吸湿材料（hygroscopic materials）：
- 如木材、MXene等通过湿度梯度驱动弯曲，适用于空气环境（图2d，参考文献70）。
自持续运动的核心是内置负反馈循环（negative feedback loop），通过能量耗散实现非平衡态转换。文章总结了五种恒定刺激驱动的机制：
- 化学振荡（B-Z反应）：
- 水凝胶中钌催化剂（Ru(bpy)₃²⁺）的氧化还原循环引发周期性形变（图4a，参考文献19）。
- 光驱动：
- 基于自遮挡效应（self-shadowing）或光热/光化学转换，如偶氮-LCN悬臂梁在激光下实现30Hz高频振荡（图4b，参考文献31,78）。
- 热梯度：
- 环形聚合物在热板上通过拓扑预应变产生持续旋转（图4c，参考文献75）。
- 湿度梯度：
- 定向电纺纤维制成的双层执行器实现单向弯曲（图4d，参考文献81）。
- 压力驱动：
- 双稳态弹性阀通过气压差触发自持续开合（图4e，参考文献18）。
文章提出多种仿生设计理念：
- 波动传播（Wave propagation）：
- 偶氮-LCN薄膜在紫外光下产生连续机械波，用于自清洁和污染物排斥（图5a，参考文献82）。
- 趋光性（Phototaxis）与趋光定向（Phototropism）：
- 水凝胶柱在光照下实现三维空间定向运动，模拟微生物趋光行为（图5b，参考文献69）。
- 多模态运动：
- 液晶弹性体Seifert带状执行器可在振荡与旋转模式间自适应切换（图5d，参考文献30）。
- 同步与集体运动：
- 耦合的偶氮-LCN振荡器通过机械连接实现同步（图5e，参考文献89）。
自持续执行器的应用涵盖农业播种、非结构化地形导航、光调制和能量收集：
- 农业：木质执行器通过湿度变化实现自主钻土播种（成功率80%，图6a，参考文献90）。
- 物理智能（Physical intelligence）：LCE螺旋执行器可自适应复杂地形并绕过障碍（图6b，参考文献44）。
- 能量转换：光驱动振荡器通过电磁感应或压电效应发电（图6d，参考文献34,86）。
- 挑战：
- 需开发电/磁驱动等新刺激响应模式。
- 提升运动性能（如跳跃、攀爬）和能量效率。
- 探索更高阶的物理智能（如“认知”能力）。
（注：全文引用文献90篇，涵盖2017-2024年关键研究，部分配图来自《Nature》《Science Robotics》等期刊。）