发布日期：2026-09-04 08:40点击次数：159
当然界中鄙俚存在由复杂网罗组成的生物器官，举例植物叶脉、花瓣维照管、虫豸翅脉以及多种生物组织中的复旧与传输网罗（图1）。这些网罗不仅承担物资运输和力学复旧，其空间拓扑结构和滋长过程还显耀影响器官终三维形貌的酿成演化。举例，将叶片中的叶脉网罗从组织平分离后，仍约略保握原有叶片的空间构型与曲率特征（图2）安康缓粘结预应力钢绞线，标明网罗结构与器官三维形貌之间存在精细研究。然而，网罗拓扑结构怎样通过滋长过程产生内在力学启动，并卓越调控复杂形貌演化，其背后的物理力学机制仍未可知。
近日，复旦大学徐凡考验团队创制了种具身智能可变形活网罗，树立了基于Cosserat杆表面的活滋长网罗力学模子，揭示了“网罗架构—滋长散播—力学反应”协同调控复杂形貌发生的物理力学机制。筹商发现了二维网罗拓扑结构、滋长散播与三维形貌演化之间的定量关联，已矣了对曲率、对称和手等复杂形貌特征的瞻望与调控。研究筹商后果以《可变形活网罗》（“Morphingactivenetworks”）为题发表于PNAS。
1.生物系统中的跨步伐网罗结构，包括细胞骨架、视网膜管网罗、植物叶脉、虫豸翅脉、蜘蛛网、东说念主体管与骨骼系统、植物根系和真菌菌丝网罗等。
2.叶脉四肢结构骨架，引并塑造叶片形貌。
筹商东说念主员不雅察发现，植物叶脉网罗的空间布局与叶片、花瓣等器官的终三维形貌之间存在密切关联。不同网罗结构通常对应不同的形貌特征，包括对称和手结构等（图3）。这些步地标明，网罗里面的力学互相作用可能在生物形貌酿成过程中弘扬伏击作用。为探索这机制，筹商东说念主员基于Cosserat杆表面树立了活滋长网罗模子，将网罗中的每条条理抽象为具有攻击、剪切、扭转和拉伸目田度的讨好杆单位，并将滋长应变四肢可调控输入引入体系。通过描画网罗里面弹互相作用与滋长诱内力之间的耦关联，该模子约略瞻望网罗结构从二维拓扑布局向三维形貌演化的全过程，并树立网罗拓扑结构、滋长散播与终形貌之间的定量
关联。
3.基于花瓣条理结构的仿生贪图经过。通过对花朵当然原型进行条理结构索求，并结4D印构建仿生网罗结构。(a)对称型花朵过头对应的对称仿生网罗结构。(b)手花朵过头对应的手仿生网罗结构。
为了揭示网罗拓扑结构对形貌酿成的调控规矩，筹商东说念主员先贪图了系列由端正胞元周期陈列组成的晶格网罗，包括三角形、正形和六边形等典型结构（图4(a)-(c)）。在施加一样均匀滋长条目后，筹商发现，仅通过调动胞元几何结构和举座限度详细，网罗即可产生具有不同三维变形模态的空间结构。这标明，二维网罗架构自己约略四肢种形貌编程式，在需调动滋长条目的情况下调控终三维形貌。
卓越筹商标明，滋长诱酿成的三维形貌效率明确的对称接收规矩（图4(d)-(e)）。闭幕构的镜濒临称和旋转对称由胞元结构与举座网罗详细的几何对称共同决定。值得在意的是，即使举座详细具有较的几何对称，局部胞元相反仍可诱结构发生对称破缺，使网罗在均匀滋长条目下自愿酿成具有手的三维形貌（图4(f)）。扫尾标明，通过贪图二维网罗拓扑结构，锚索不错已矣对复杂三维形貌中对称与手的主动调控。
在揭示晶格网罗形貌调控规矩后，筹商东说念主员卓越将该表面拓展至具有复杂拓扑结构的仿生活网罗（图5）。以植物叶脉和花瓣维照管网罗为贪图原型，筹商东说念主员构建了系列仿生结构，并筹商网罗布局与局部敛迹对形貌酿成的影响。扫尾标明，即使在均匀滋长条目下，通过调遣网罗拓扑结构以及局部锚点敛迹位置，也约略已矣多种复杂三维形貌的可瞻望构建，包括穹顶状花冠、漏斗状花冠以及具有手特征的花形结构。与此同期，履行扫尾考据了该活网罗模子对动态形貌演化过程的瞻望才智。该模子不仅约略准确瞻望终均衡形貌，还约略重现网罗由二维结构向三维形貌更动的讨好演化进度，为复杂形貌贪图提供表面指。
为了卓越模拟真确植物器官中的空间相反化滋长过程，筹商东说念主员将非均匀滋长引入活网罗体系，并结4D印技艺构建具有空间可调滋长才智的仿生结构（图6）。筹商发现，通过调遣滋长程度的空间散播，不错已矣对花瓣曲率、角落升沉以及举座花冠形貌的可编程调控。其中，轴向和横向曲率约略通过不同滋长方法已矣调遣，不同滋长方法的组可卓越产生卷曲、海潮角落以及反折花瓣等多种典型植物形貌。履行与表面扫尾保握度致，考据了该活网罗表面模子在不同材料体系中的普适，并展示了其在可编程形貌制造和仿生智能结构贪图中的期骗后劲。
筹商揭示了活网罗通过“网罗架构—滋长散播—力学反应”共同调控复杂形貌发生的物理机制，树立了从二维网罗拓扑结构到三维形貌演化的统表面模子。筹商标明，生物网罗并非仅四肢物资运输和力学复旧的被迫骨架，而是种约略通过网罗结构贪图与滋长调控主动塑造复杂形貌的可编程形貌发生系统。筹商后果为相识当然界生物形貌酿陈规矩提供了新视角，为改日滋长型智能材料、仿生结构以及可编程形貌制造提供了表面基础和技艺妙技。
4.滋长网罗的对称接收与手酿成。(a)-(c)不同端正样子胞元网罗的均匀滋长形貌。(d)镜濒临称接收。(e)旋转对称接收。(f)手酿成机制。
5.仿生网罗结构的均匀滋长形貌。(a)-(h)通过调控锚点敛迹位置，已矣穹顶状、漏斗状及手花冠等不同滋长形貌，其中(a)-(d)和(e)-(h)分辨对应两类典型花瓣条理原型。(i)-(p)通过调控叶脉网罗布局，已矣不同曲率散播、对称及花冠结构。
1.活Cosserat杆模子不仅能准确瞻望终形貌，还能重现均匀滋长演化过程。
图
6.仿生网罗结构的非均匀滋长形貌。(a)-(d)单层网罗中不同滋长区域散播诱的花瓣形貌。(e)-(h)基底上局部纹理化已矣的三维形貌调控。(i)-(l)双层网罗中各层均匀滋长形貌。(m)-(p)双层网罗中各层非均匀滋长形貌，已矣轴向与横向曲率的立调控以及丰富的花形结构。
2.活Cosserat杆模子重现非均匀滋长演化过程。
该筹商由复旦大学徐凡考验团队立完成。复旦大学博士糊口眷为论文作家，后生筹商员陈禹臻与助理考验杨易凡为作家，徐凡考验是论文的通信作家。筹商获取国当然科学基金委、上海市基础筹商特区筹商、上海市教委等资助。手机号码：13302071130相关词条:设备保温 塑料挤出机厂家 预应力钢绞线 玻璃丝棉 万能胶厂家
1.本网站以及本平台支持关于《新广告法》实施的“极限词“用语属“违词”的规定安康缓粘结预应力钢绞线，并在网站的各个栏目、产品主图、详情页等描述中规避“违禁词”。
2.本店欢迎所有用户指出有“违禁词”“广告法”出现的地方，并积极配合修改。
3.凡用户访问本网页，均表示默认详情页的描述，不支持任何以极限化“违禁词”“广告法”为借口理由投诉违反《新广告法》，以此来变相勒索商家索要赔偿的违法恶意行为。
