近日，东北大学医学与生物信息工程学院田野特聘研究员团队在国际著名期刊 Chemical Engineering Journal（影响因子13.4）上发表题为“Bioinspired self-sensing hydrogel actuators: From mechanisms to applications”的综述论文，系统梳理了仿生自感知水凝胶驱动器的发展现状、核心机制与未来方向。医工学院22级本科生杨佳琦为论文第一作者，刘赫博士和田野特聘研究员为本文通讯作者，东北大学为第一完成单位和唯一通讯单位。
受自然界启发，研究人员开发了基于刺激响应材料的软驱动器。然而，大多数此类驱动器仍无法感知外部刺激或监测自身运动。为解决这一问题，研究人员开发了一种集感知与驱动功能于一体的自感知水凝胶。这种水凝胶通过内在的多功能性实现了驱动与信息系统的交互，能够为自适应行为和自调节提供精准的运动数据反馈。
图注 自感知水凝胶驱动器的传感机理和应用
本文系统综述了仿生自感知水凝胶驱动器的研究进展：自感知水凝胶驱动器通常通过引入光热剂、导电材料、导电聚合物和自由离子来开发，并采用多种形成机制，包括各向同性（如光响应水凝胶和层状结构水凝胶）和各向异性（如重力、紫外线、纤维对齐、电场及4D打印）方法。根据不同应用需求，这些水凝胶驱动器可展现出多样的感知机制，主要包括基于电子导电的感知（如水凝胶网络与导电填料）、基于离子导电的感知（如离子迁移性、电容器与自由离子数量）以及基于光学信号的感知（如光透过率与荧光）。此外，它们的驱动策略可根据外部刺激进行分类，如光、湿度、热、电场、磁场和pH值等。自感知水凝胶驱动器具备检测自身状态及环境变化的能力，集成了感知与驱动功能，具有低能耗、灵活响应多种刺激并实现复杂变形的优势。因此，已在生物医学技术、软驱动器、人机交互（HCI）、信息传输与加密、监测和能源管理等领域取得了广泛应用。与传统外置传感器方案相比，自感知水凝胶通过其内部功能组件实现原位、实时和自主监测，为构建低复杂度、高集成度的智能系统开辟了新路径。