3D列印柔性材料構成邏輯門

在美國陸軍研究署的資助下，賓夕法尼亞大學的研究人員通過3D列印各向異性材料，研製出能體現邏輯（與、或、與非）的複合結構，能響應一定刺激序列進行致動。

植物具有感測、驅動、控制能力，能在不同環境刺激下自主改變形態和功能，如在合適環境下播撒種子、捕蠅草快速捕獲獵物等。人們希望能研發出具有內在邏輯，無需複雜感測、致動、控制系統就能對多種刺激做出反應的自主系統。

研究人員利用聚二甲基硅氧烷（PDMS）和水凝膠材料構建了一種雙梁結構，這兩種材料中分別添加極短的玻璃纖維和纖維素纖維，會在非極性溶劑和水的作用下發生各向異性膨脹，使雙梁結構發生雙穩態到單穩態的轉變。利用PDMS雙梁結構和水凝膠閥門可構成「與」門，需要水和非極性溶劑同時存在才能轉變為單穩態；PDMS和水凝膠上下層疊的雙梁結構可構成「或」門，只要存在水或非極性溶劑一種就能轉變；將兩個PDMS雙梁結構作為輸入端，一個水凝膠雙梁結構作為輸出端，可構成邏輯上的「與非」門。研究人員利用這種邏輯結構構建了具有複雜邏輯的仿捕蠅草系統，驗證了邏輯門的可行性。

這項研究利用簡單的柔性材料實現了邏輯門，有望建立更複雜的仿生系統，相關思路還可擴展應用於光敏、熱敏等材料。相關研究還可用於構建功耗近零、可長期休眠、受到刺激後被喚醒的感測器。

最左側的雙梁結構具有雙穩態，最右側具有單穩態，中間兩圖為過渡狀態

（藍海星）

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