Self-regulated reversal deformation and locomotion of structurally homogenous hydrogels subjected to constant light illumination

自愈水凝胶 软机器人 常量(计算机编程) 生物物理学 控制重构 形状变化 纳米技术 时间常数 执行机构 材料科学 生物系统 化学物理 化学 计算机科学 生物 人工智能 嵌入式系统 工程类 电气工程 程序设计语言 高分子化学
作者
Kexin Guo,Xuehan Yang,Chao Zhou,Chuang Li
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:15 (1) 被引量:20
标识
DOI:10.1038/s41467-024-46100-6
摘要

Abstract Environmentally adaptive hydrogels that are capable of reconfiguration in response to external stimuli have shown great potential toward bioinspired actuation and soft robotics. Previous efforts have focused mainly on either the sophisticated design of heterogeneously structured hydrogels or the complex manipulation of external stimuli, and achieving self-regulated reversal shape deformation in homogenous hydrogels under a constant stimulus has been challenging. Here, we report the molecular design of structurally homogenous hydrogels containing simultaneously two spiropyrans that exhibit self-regulated transient deformation reversal when subjected to constant illumination. The deformation reversal mechanism originates from the molecular sequential descending-ascending charge variation of two coexisting spiropyrans upon irradiation, resulting in a macroscale volumetric contraction-expansion of the hydrogels. Hydrogel film actuators were developed to display complex temporary bidirectional shape transformations and self-regulated reversal rolling under constant illumination. Our work represents an innovative strategy for programming complex shape transformations of homogeneous hydrogels using a single constant stimulus.

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