我科学家研制出超强水凝胶

xinwen.mobi · 发表于 1 小时前

仿生学新突破：我国科学家受“铁头”昆虫启发，研制超强水凝胶
在模拟果园的复杂通道里，一架搭载了新型防撞材料的无人机在多次碰撞后仅轻微晃动，随即稳定飞行；而另一架则失控坠毁，支架碎裂——决定这“生死之差”的，竟是一种模仿害虫头壳结构制成的水凝胶。

01 科学灵感
亚洲玉米螟，这种俗称“玉米钻心虫”的害虫，头部表现出非凡的耐冲击特性。研究团队发现，它在取食过程中能反复穿透坚硬的玉米茎秆，其头部在持续承受冲击后却能保持完好无损。

这种“铁头”特性吸引了科学家的注意。研究团队深入解析了亚洲玉米螟头壳内层表皮的蛋白组成，发现了其中的奥秘。

关键在于其头壳内表皮的独特层状结构，这种结构能够将局部受到的巨大冲击力迅速分散化解。

02 仿生复制
受这一昆虫头部结构原理启发，中国农业科学院深圳农业基因组研究所梁翔禹团队联合大连理工大学，开始尝试在实验室“复刻”这种结构。

研究人员模仿亚洲玉米螟幼虫头壳的结构特点，采用二元溶剂诱导自组装策略，成功制备出具有类似仿生层状结构的水凝胶。

这一材料科学领域的创新实现了对自然结构的精准模拟，同时将其转化为可供工业应用的材料形式。

03 性能突破
经专业检测，该仿生水凝胶的抗冲击韧性达到每平方米23534焦耳，这一数据令研究人员兴奋不已。

与传统蛋白质或几丁质水凝胶相比，这种新型材料的性能提升了超过一千倍，标志着水凝胶材料在力学性能上的重大突破。

高抗冲击韧性意味着它能承受巨大的外力而保持结构完整，这一特性对于保护精密设备免受冲击损伤至关重要。

04 应用验证
为验证这种超强水凝胶的实际效果，研究团队设计了一个针对性测试。他们将水凝胶安装在农业害虫侦查无人机的防撞支架上，并在模拟果园环境的复杂通道中进行碰撞测试。

测试结果对比鲜明：配备了水凝胶的无人机在多次碰撞后仅出现短暂晃动，随即恢复稳定飞行，机体完好无损；而未安装水凝胶的无人机在碰撞后便失控坠毁，支架严重受损。

这一实用测试充分证明了该材料的防护效果和应用潜力。

05 研发背景与前景
这项研究成果日前发表在国际知名学术期刊《先进材料》上，得到了国家自然科学基金、中国农业科学院“优秀青年英才”计划和多个地方科研基金的支持。

业界专家认为，这项研究为新一代仿生材料的设计与制造提供了全新思路。

未来，这种超强耐冲击水凝胶有望在智能农机、柔性机器人、可穿戴设备、精密传感器防护等多个领域发挥重要作用，特别是需要设备在复杂环境中保持稳定运行的场景。

无人机在模拟撞击测试中的表现差异，直接印证了新型水凝胶的卓越性能。在柔性机器人领域，这种材料能帮助机器人关节和外壳抵抗意外撞击；在可穿戴设备中，它能保护精密传感器在日常活动中免受损伤。

农业、工业乃至日常生活中，所有需要缓冲保护的场景，都可能成为这种源自昆虫智慧的水凝胶的应用舞台。当科学家们将目光投向害虫的“铁头”时，或许未曾想到，这小小的发现将为人类材料科学打开一扇全新的大门。

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