●宣传杨 杨泽南
亚洲玉米螟，俗称玉米钻心虫，其幼虫在取食时，需要在坚硬的玉米茎秆内反复钻蛀。在此过程中，它的头部就显得特别“铁”，能在持续冲击与摩擦下保持完好。这一奇妙的生物特性为科学团队打开了材料创新思路。
近日，受到“铁头”的启发，中国农业科学院深圳农业基因组研究所研究团队联合大连理工大学，研制出一种超强耐冲击水凝胶。相关研究成果已发表于《先进材料》。
研究团队介绍，他们深入解析亚洲玉米螟头壳内层表皮的蛋白组成，发现这种“铁头”的特性源于其独特的多层级微观结构。这种由简单分子构建的层状结构，如同高效的“能量耗散系统”，可以将局部承受的集中冲击力迅速分散化解，从而保护生物体自身。
由此，研究团队开始尝试在实验室中“复刻”这种具有优异抗冲击性能的仿生材料。他们巧妙地引导水凝胶等材料在微观层面形成高度有序的层状结构，最终成功研制出一种超强耐冲击的仿生水凝胶。
经测试，这种仿生水凝胶的抗冲击韧性可达23534焦耳/平方米，相当于让1吨重的石块从2.4米高的地方垂直落下，砸在1平方米地面上所产生的撞击能量。与传统水凝胶性能相比，仿生水凝胶的抗冲击韧性提升幅度高达1000倍以上。
为验证这一材料的实际防护效果，研究人员将新型水凝胶安装在植保无人机的防撞支架上，在模拟果园环境的复杂通道中进行碰撞测试。结果显示，配备了仿生水凝胶的无人机在多次碰撞后仅出现短暂晃动，随即恢复稳定飞行，机体完好无损。相比之下，未安装该材料的无人机在碰撞后受损严重。
这项研究在多个领域都有广阔的应用前景。在智能农机领域，仿生水凝胶可用于关键部件的防护，提高农业机械在复杂农田环境中的耐用性和可靠性；在柔性机器人方面，仿生水凝胶的柔韧性与高耐冲击性结合，可为机器人提供更好的环境适应性和耐用性；对于可穿戴设备，仿生水凝胶既能提供舒适的佩戴体验，又能有效保护设备内部精密元件。
从不起眼的农业害虫，到材料科学的前沿突破，这种受自然界启发设计的新材料，打破了传统水凝胶力学性能的限制，为未来功能材料的发展开辟了新路径。
据《解放军报》