近日，青岛科技大学高分子科学与工程学院杨奇副教授团队联合芬兰坦佩雷大学曾浩教授团队，在国际权威期刊《Science Advances》发表题为“Biohybrid Chiral Materials for an Ultralight Reconfigurable Flying Robot”的研究论文。

研究背景：

刺激响应高分子材料能够在光、热和湿度等外界信号作用下产生可控形变，为软体机器人、智能器件和仿生系统提供重要的材料基础。然而，对于质量仅为毫克级的微型飞行器，单纯依靠人工材料难以同时满足超轻质、高空气动力效率和可重构控制等要求。自然界中的羽毛具有轻质、高孔隙和结构手性等特点，是构筑超轻飞行材料的理想天然单元。基于此，研究团队将天然珍珠鸡绒羽与偶氮苯功能化液晶聚合物网络（LCN）相结合，构筑了一种兼具天然结构优势和人工材料可编程性的生物杂化手性材料，并以此制备出质量约1 mg的可重构飞行机器人。

图1.羽毛飞行机器人的设计思路。天然左右手性绒羽表现出相反的旋转方向；将绒羽与可弯曲或扭转的LCN光响应薄膜结合，可实现旋转与飞行高度调节。

研究亮点：

（1）构筑天然材料与智能高分子的生物杂化体系。珍珠鸡绒羽具有中空、高孔隙和超轻质结构，能够高效捕获气流；其左右两侧绒羽具有相反的结构手性，可分别产生顺时针和逆时针旋转。研究团队利用天然绒羽承担气流捕获和被动飞行功能，以光响应LCN薄膜作为主动变形单元，实现了天然结构与人工智能材料的功能协同。

（2）通过高分子材料形变重构飞行器手性。LCN中引入偶氮苯光响应基团，在紫外光和蓝光照射下可产生快速、可逆的弯曲或左右手性扭转。该形变能够改变两个羽片之间的夹角及飞行器的整体有效手性，使其实现“顺时针-停止-逆时针”的可逆切换，并在约-2～2 rad/s范围内调节旋转速度。流体模拟表明，材料形态变化能够重构表面压力分布，使净空气动力矩发生改变甚至反向。

（3）材料响应实现多模式飞行调控。弯曲型LCN可通过改变羽片张角调节迎风面积，使飞行器完成超过30 cm的可逆升降。研究团队进一步利用不同波长光束建立了无需传感器、电池和控制电路的高度约束机制，并通过空间图案化光照实现九个飞行器的选择性起飞。此外，低压区与涡流结构还可用于飞行器的静态和动态空中收集。

总结与展望：

该研究以天然绒羽为轻质手性骨架，以光响应液晶聚合物为可编程驱动单元，建立了“天然结构提供空气动力-智能高分子实现形态重构”的生物杂化材料设计策略。相关成果不仅实现了超轻飞行器旋向、转速和高度的远程调控，也展现了刺激响应高分子材料在微型机器人、环境感知和分布式传感等领域的应用潜力。

本研究以Research Article形式发表于《Science Advances》。杨奇副教授为论文第一作者，青岛科技大学为论文第一完成单位。

论文链接：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.aef0912