動(dòng)物運(yùn)動(dòng)時(shí)使用肌肉，植物的運(yùn)動(dòng)呢？植物有運(yùn)動(dòng)嗎？當(dāng)然有。植物運(yùn)動(dòng)的機(jī)制比動(dòng)物要簡(jiǎn)單得多，比如，含羞草的葉子，捕蠅草和松果，這些植物的運(yùn)動(dòng)是通過調(diào)節(jié)植物組織里的水分含量來實(shí)現(xiàn)的。韓國(guó)首爾國(guó)立大學(xué)的研究人員宣稱，通過對(duì)植物運(yùn)動(dòng)的研究，生物仿生工程學(xué)或機(jī)器人學(xué)的前景非常可觀。
2015年11月22-24日，美國(guó)物理協(xié)會(huì)流體動(dòng)力學(xué)分會(huì)第68屆年會(huì)在波士頓召開，與會(huì)人員分享了對(duì)植物運(yùn)動(dòng)研究的成果，他們根據(jù)植物運(yùn)動(dòng)，創(chuàng)造了僅僅依靠調(diào)整空氣濕度就可以驅(qū)動(dòng)的微型機(jī)器人。
松果根據(jù)環(huán)境濕度的變化來調(diào)整運(yùn)動(dòng)方式，這種純粹、簡(jiǎn)潔的運(yùn)動(dòng)方式引起了研究人員的關(guān)注。“有些種子的頭部包含所有的基因信息，其附屬物被稱為‘篷’，負(fù)責(zé)移動(dòng)，就如動(dòng)物的精子。”霍永金教授說?；艚淌谑鞘谞枃?guó)立大學(xué)機(jī)械和航天航空工程系的教授。他接著說：“‘篷’由兩個(gè)組織層構(gòu)成，一個(gè)是活躍層，充滿了濕氣的；另一個(gè)則是非活躍層，這一層對(duì)濕氣變化沒什么反應(yīng)。”
如果環(huán)境里的濕度上升，這個(gè)雙分子層就會(huì)彎曲，長(zhǎng)度會(huì)發(fā)生改變。周期性的濕度變化會(huì)導(dǎo)致雙分子層或彎曲，或伸直，如此往復(fù)。這意味著環(huán)境濕度的改變能推動(dòng)植物機(jī)體運(yùn)動(dòng)。
“我們模仿雙分子層的構(gòu)造，制造了一個(gè)能夠通過環(huán)境濕度調(diào)節(jié)來產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)的促進(jìn)器。”霍教授說。“植物移動(dòng)很緩慢，它們從彎曲到伸直，再恢復(fù)彎曲的狀態(tài)，需要一整天。為了加快雙分子層的響應(yīng)速度，我們不得不找到新方法來制造活躍層。由于濕氣吸收得更快了，反應(yīng)速度確實(shí)提高了，所以我們?cè)诜腔钴S層上放置了納米級(jí)的纖維。”
然而，創(chuàng)造機(jī)器人的關(guān)鍵在于，重復(fù)的彎曲和伸直沒有產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)移動(dòng)。“這個(gè)循環(huán)移動(dòng)必須轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€移動(dòng)，這是機(jī)器人移動(dòng)的方法。”霍教授說，“因此，我們給推進(jìn)器安裝了腿，這樣，它就可以直線移動(dòng)了。我們稱這些腿為‘棘齒’。它們和推進(jìn)器共同構(gòu)成了我們的生物仿生機(jī)器人。”
該研究小組成就斐然。它打開了一條通道，引領(lǐng)人們?nèi)パ芯凯h(huán)境濕度變化推動(dòng)的機(jī)器人運(yùn)動(dòng)——不需要電力供應(yīng)呀！讓我們想象一下：當(dāng)機(jī)器人在任何一個(gè)領(lǐng)域里工作都不需要供電，那是一幅什么圖景！只需要調(diào)節(jié)環(huán)境的濕度，機(jī)器人就可以工作，像種子那樣工作。太神奇了！
這事聽起來很容易，是嗎？
“但是，為機(jī)器人制作雙分子層是件很不容易的事，需要技術(shù)專家出手才行。”霍教授說。研究小組還開發(fā)了一個(gè)數(shù)學(xué)模型，用于為機(jī)器人尋找最佳設(shè)計(jì)，保證它們用最快速度運(yùn)動(dòng)。
為什么研究小組聲稱該項(xiàng)由濕度驅(qū)動(dòng)的機(jī)器人研究前景可觀呢？因?yàn)橐粋€(gè)顯而易見的事實(shí)是，我們周圍處處可見濕度的變化。
“通常，白天會(huì)干燥一些，夜晚的濕氣大一些。周期性的濕度變化可以使種子把自己埋在地下。”霍教授說，“你知道嗎？我們?cè)诤粑鼤r(shí)，濕度甚至都在改變，我們呼出去的就是濕氣。”
該研究小組計(jì)劃在人體皮膚上做文章。人體皮膚比其周圍環(huán)境要濕潤(rùn)。研究小組在探索將微型機(jī)器人直接置入人體皮膚的可能性。
“原理是：彎曲時(shí)，機(jī)器人的某部分可以離開皮膚，去邂逅干燥的空氣。之后，機(jī)器人回到垂直位置，靠近皮膚。如此循環(huán)，機(jī)器人就能基于皮膚的濕度變化而進(jìn)行移動(dòng)。”霍教授說。
該研究小組將致力于將這個(gè)原理變成應(yīng)用，用于醫(yī)學(xué)機(jī)器人研究。“多虧植物激發(fā)的靈感，未來，微型機(jī)器人可以處理傷口消毒，去除皮膚皺紋，滋養(yǎng)皮膚組織。”郭教授說。
