《Nature》子刊发布，IIT科学家模仿“植物的触须”，打造可逆渗透致动的仿生软体机器人

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转载最新推荐文章于 2026-03-09 06:00:57 发布 2.2k 阅读 AI 写同款· GEO 优化 ›

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来源 | 机器人大讲堂

原创 | 风雨抚蕖

编辑 | 佳丽、海蛟

导读

小时候读叶圣陶老先生的《爬山虎的脚》，不自然的就会被自然界的鬼斧神工所吸引。柔弱的藤本植物本身没有脚，却靠着在茎上伸出的六七根细丝，以及细丝前面类似蜗牛的触角，硬生生达到了攀爬墙壁的效果。而这类触须，不仅吸引了国内的大文学家，同样也吸引了国外的机器人科学家们。最近来自意大利技术研究院（IIT）的研究人员为我们带来了全新的软体机器人驱动设计方案，并成功的刊登在了顶级期刊《Nature》上。这个方案在原理上与藤本植物的触须运动（并不完全类似爬山虎的脚）几乎完全相同。

在最新的Nature Communications电子杂志上，来自意大利技术研究院的研究人员发表了一篇题为《基于可逆渗透致动的可变刚度卷须状软机器人》的论文，向我们展示了世界上第一个模仿植物卷须的软机器人，为软体机器人的驱动研发带来了全新的思路。

论文传送门：

https://www.nature.com/articles/s41467-018-08173-y

这款软体机器人的驱动设计灵感完全来自于植物中的水运输。也完全模仿了植物水分运输的原理，目前已经能够像植物一样进行简单的卷曲和攀爬。

众所周知，自然界的植物在一定程度上会发生肉眼可见的运动，这些运动远不仅是因为植物的生长而发生，其中很大程度是依赖于植物中的渗透压调节机制来控制，这正是植物运动和水运输的重要机制。

简单的来说，渗透压指的是溶液中溶质微粒对水的吸引力，其大小取决于单位体积溶液中溶质微粒的数目，数目越多渗透压越大，对水的吸引力也就越大。
对于植物而言，植物细胞的细胞膜可以通过控制细胞内液和细胞外液的离子（也就是微粒）浓度进而控制细胞的形态，例如，如果细胞内液浓度高于外液，细胞就会不断的吸收外部的水分，这样细胞就会越变越大，这样细胞的形态就发生了改变，通过众多的细胞合力，最终在肉眼上呈现出来的就是植物的运动。

但是，看似简单的细胞膜是极其复杂的膜系统

所以，IIT采取了另一个方案，用半透膜来代替细胞膜，虽然半透膜无法控制离子的进出，但是却可以保证在水分透过时部分离子不透过。这时研究人员通过在膜的一侧安置电极，通电时就能吸附溶液中的离子，这样电极一侧的溶液浓度就会下降，另一侧浓度不变，膜两侧由此产生的渗透压就会使得水流入电极一侧，使得两侧的体积发生变化。

这其中电吸附作用是可逆调节渗透物浓度的关键机制，为此研究人员选择了高比表面积活性炭布电极（ACCE）。这是因为它有着较好的分层结构，结合多孔碳提供的大比表面积，可以产生较大的总电容，进而在通电时容纳大量的离子，这样产生的渗透压可以带来足够明显的形变。断电时，测试表明，吸附的离子有90%能都回到溶液中，这样就使得软体机器人能够在断电后尽可能恢复原样。