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

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

    姚是Wyss創(chuàng)始核心教員Joanna Aizenberg博士實驗室的研究生。
    Yao和Aizenberg小組開發(fā)的微結(jié)構(gòu)是通過將浮球液位計澆鑄成任意形狀而形成的，這些形狀可以響應光，熱和濕度而變形，其中浮球液位計的具體重新配置可以通過其自身的材料和化學特性來控制。研究人員在合成過程中將浮球液位計前體暴露于磁場中，發(fā)現(xiàn)浮球液位計中的所有液晶元素均沿磁場排列，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的方向，來控制隨后的浮球液位計形狀的變形，將其加熱到使液晶結(jié)構(gòu)的取向發(fā)生變化的溫度�；氐绞覝睾�

     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，或用于小型軟機器人的致動器。該系統(tǒng)還可以使形狀自動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。而且，可以通過在聚合時將浮球液位計結(jié)構(gòu)的不同區(qū)域暴露于多個磁場來實現(xiàn)獨特的運動，隨后在加熱時該磁場在各個方向上變形。

    通過在聚合時將光敏交聯(lián)分子整合到結(jié)構(gòu)中，研究人員還能夠?qū)Ω∏蛞何挥嬓螤钸M行編程，以根據(jù)光線自行重新配置。然后，從特定方向?qū)�結(jié)構(gòu)的照明導致面向光的一側(cè)收縮，從而導致整個形狀朝著光彎曲。這種自我調(diào)節(jié)的運動使浮球液位計能夠響應其環(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)建具有熱響應和光響應特性的浮球液位計，從而使單一材料結(jié)構(gòu)現(xiàn)在具有執(zhí)行多種形式的運動和響應機制的能力。

    這些多響應浮球液位計的一個有趣應用是開發(fā)了覆蓋有微結(jié)構(gòu)的太陽能電池板，當太陽在天空中移動時，它會跟隨太陽移動，類似于向日葵，從而實現(xiàn)高效的光捕獲。該技術(shù)甚至可能成為自動跟蹤無線電，智能建筑，傳感器和多層加密的基礎(chǔ)。

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