研究人員已努力在實(shí)驗(yàn)室中用不同的材料重現(xiàn)這種動(dòng)態(tài)的微觀結(jié)構(gòu)，例如浮球液位計(jì)（浮球液位計(jì)）-由液晶化合物組成的橡膠聚合物，它們控制浮球液位計(jì)伸展和移動(dòng)的方向。迄今為止，合成的浮球液位計(jì)僅能在一維或二維上變形，從而限制了結(jié)構(gòu)在整個(gè)空間中移動(dòng)并呈現(xiàn)各種形狀的能力。

    目前，哈佛大學(xué)懷斯生物啟發(fā)工程研究所和約翰·保爾森工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院（SEAS）的一組研究人員已經(jīng)利用磁場(chǎng)來(lái)操縱浮球液位計(jì)開發(fā)出微觀的三維聚合物形狀，可以被編程為響應(yīng)多種類型的刺激而沿任何方向移動(dòng)。這項(xiàng)發(fā)表在PNAS上的研究可以為各種有用設(shè)備的開發(fā)開辟道路，例如太陽(yáng)能電池板可以跟隨太陽(yáng)以優(yōu)化能量捕獲。

    姚是Wyss創(chuàng)始核心教員Joanna Aizenberg博士實(shí)驗(yàn)室的研究生。
    Yao和Aizenberg小組開發(fā)的微結(jié)構(gòu)是通過將浮球液位計(jì)澆鑄成任意形狀而形成的，這些形狀可以響應(yīng)光，熱和濕度而變形，其中浮球液位計(jì)的具體重新配置可以通過其自身的材料和化學(xué)特性來(lái)控制。研究人員在合成過程中將浮球液位計(jì)前體暴露于磁場(chǎng)中，發(fā)現(xiàn)浮球液位計(jì)中的所有液晶元素均沿磁場(chǎng)排列，并在聚合物固化后保留了這種分子排列。研究人員能夠通過在此過程中改變磁場(chǎng)的方向，來(lái)控制隨后的浮球液位計(jì)形狀的變形，將其加熱到使液晶結(jié)構(gòu)的取向發(fā)生變化的溫度。回到室溫后

     諸如此類的編程形狀更改可用于創(chuàng)建加密的消息，這些消息僅在加熱到特定溫度時(shí)才顯示，可以打開和關(guān)閉其粘性的粘合材料，或用于小型軟機(jī)器人的致動(dòng)器。該系統(tǒng)還可以使形狀自動(dòng)朝通常需要輸入一些能量才能完成的方向彎曲。

     例如，已證明浮球液位計(jì)板不僅經(jīng)受“傳統(tǒng)的”平面外彎曲，而且還經(jīng)受平面內(nèi)彎曲或扭曲，收縮和伸長(zhǎng)。而且，可以通過在聚合時(shí)將浮球液位計(jì)結(jié)構(gòu)的不同區(qū)域暴露于多個(gè)磁場(chǎng)來(lái)實(shí)現(xiàn)獨(dú)特的運(yùn)動(dòng)，隨后在加熱時(shí)該磁場(chǎng)在各個(gè)方向上變形。

    通過在聚合時(shí)將光敏交聯(lián)分子整合到結(jié)構(gòu)中，研究人員還能夠?qū)Ω∏蛞何挥?jì)形狀進(jìn)行編程，以根據(jù)光線自行重新配置。然后，從特定方向?qū)Y(jié)構(gòu)的照明導(dǎo)致面向光的一側(cè)收縮，從而導(dǎo)致整個(gè)形狀朝著光彎曲。這種自我調(diào)節(jié)的運(yùn)動(dòng)使浮球液位計(jì)能夠響應(yīng)其環(huán)境而變形，并不斷地重新定向以自主地跟隨燈光。

    此外，可以創(chuàng)建具有熱響應(yīng)和光響應(yīng)特性的浮球液位計(jì)，從而使單一材料結(jié)構(gòu)現(xiàn)在具有執(zhí)行多種形式的運(yùn)動(dòng)和響應(yīng)機(jī)制的能力。

    這些多響應(yīng)浮球液位計(jì)的一個(gè)有趣應(yīng)用是開發(fā)了覆蓋有微結(jié)構(gòu)的太陽(yáng)能電池板，當(dāng)太陽(yáng)在天空中移動(dòng)時(shí)，它會(huì)跟隨太陽(yáng)移動(dòng)，類似于向日葵，從而實(shí)現(xiàn)高效的光捕獲。該技術(shù)甚至可能成為自動(dòng)跟蹤無(wú)線電，智能建筑，傳感器和多層加密的基礎(chǔ)。

     Aizenberg還是SEAS材料科學(xué)的Amy Smith Berylson教授。
     Ingber博士還是哈佛醫(yī)學(xué)院和波士頓兒童醫(yī)院血管生物學(xué)計(jì)劃的Judah Folkman血管生物學(xué)教授，以及SEAS生物工程學(xué)教授。