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2026-02-21 12:21 8,214次浏览西安8月13日電 (記者 阿琳娜)記者13日從西北工業大學獲悉，該校空天結構技術重點實驗室張衛紅院士團隊與香港城市大學呂堅院士、香港理工大學王鑽開教授合作，在軟體機器人領域取得了新進展，成功開發出一種基於新型電活性聚合物的多功能機器人，有望滿足複雜結構和極寒環境下的應用需求。 據介紹，電活性聚合物是一類可在電場作用下產生大幅度形變的智能材料，廣泛應用於人工肌肉、軟體機器人等前沿領域。隨著應用場景的不斷擴展，機器人對系統的多功能集成能力提出了更高的要求。傳統電活性聚合物往往僅具備電致變形功能，難以滿足環境適應性及系統集成需求。因此，開發具備多模式響應行為的智能材料並實現功能集成，是當前軟體機器人研究中一個亟須解決的問題。 圖為材料設計和多功能軟體機器人示意圖。西北工業大學供圖 在本研究中，團隊開發了一種具備低電壓驅動、高電吸附力和可控自加熱的新型聚氯乙烯基電活性聚合物。通過在聚氯乙烯凝膠中引入乙酸乙烯酯，有效抑制了因塑化劑遷移引起的發熱與電擊穿問題，同時顯著提升了材料的介電性能與力學性能。與現有材料相比，新型材料的發熱量降低超過50%，使用壽命延長15倍以上，輸出力提升1.75倍，電吸附力提升2.15倍，在2V/μm的低電場下即可實現30kPa的強吸附力，遠優於傳統靜電吸附結構。此外，研究還提出多種電壓控制策略，可實現材料的按需自加熱或進一步發熱抑制。 在此基礎上，研究團隊開發出具備快速爬行、低溫環境自加熱、模塊化組裝與協同作業能力的微型軟體機器人。機器人結構緊湊，響應靈敏，在僅72.5V的低電壓下即可驅動運動，顯著低於現有同類系統。通過集成的電吸附結構，機器人集群可在毫米尺度內實現快速連接與脫粘，在狹小空間內完成自主重構，具備優異的群體協作能力。 在極寒環境測試中，機器人可在-50℃環境下完成自主加熱、以及巡檢和冰層融化等任務。在航空發動機葉片檢測、狹縫探測和寒區作業等應用場景中展現出顯著優勢。相關成果為極端環境下小型智慧機器人系統的研發提供了新思路，也展示了該類材料在電子器件、仿生系統和智能製造等領域的廣泛應用前景。(完)
近日召開的國務院常務會議討論並原則通過《中華人民共和國耕地保護和質量提升法(草案)》。會議指出，堅持耕地數量、質量、生態一體保護，綜合施策持續恢復和提升耕地生態功能，確保永續利用。 這個消息讓中國農業大學教授、中國工程院院士張福鎖團隊很振奮。前不久，該團隊剛剛在《科學》雜誌發表重要研究成果《調控植物-土壤反饋，推動農業可持續發展》，強調種地不能「頭疼醫頭，腳疼醫腳」，要把目光轉向土壤健康。 民以食為天，耕地是糧食生產的「命根子」。張福鎖在介紹課題研究背景時表示，團隊曾對華北平原小麥-玉米輪作體系長期定位試驗的105個數據點進行了數據統計測算，由於土壤問題，當前每公頃耕地存在約1.5噸的隱形糧食損失。 為何「丟了」這麼多糧食？張福鎖表示，是由於「作物-土壤負反饋」。當前集約化農業生產不合理管理造成各種土壤健康問題，如壓實引起土壤結構變差，土壤化學性狀的變化包括土壤酸化、鹽漬化，土壤生物活力降低，生物群落失衡等，導致土壤內在效率下降，作物容易染病，對氣候變化的抵抗力下降等。他說：「一畝地100公斤的隱形產量損失，我們應該拿回來。」 中國農業大學副教授王光州和中國農業大學教授張俊伶告訴中青報·中青網記者，在這項研究中，團隊基於前期研究進展及科技小院16年來生產一線的實踐積累，結合團隊近年來在根際生命共同體理論研究方面的進展，將生態學研究中發展較快的「植物-土壤反饋」思想引入農田生態系統，提出了作物高產與土壤健康協同的系統化研究範式。 張俊伶和王光州指導的學生，在田間地頭的科技小院駐紮時，發現「改土」確實可以增產。 博士生欒冬冬2020年進入課題組時，在河北曲周的麥田裡，看到大片即將灌漿成熟的麥子中，有不少麥穗提前枯白、乾癟。「這是小麥患上了莖基腐病。」他說，這種由土傳病原真菌-鐮刀菌引起的病害，能夠侵染小麥莖基部，導致莖基部腐爛、植株早衰，甚至顆粒無收。不僅如此，這種病害還會產生有毒的脫氧雪腐鐮刀菌烯醇等，威脅糧食安全和人畜健康。 他說，研究顯示基腐病的病因有很多，具體到曲周這片土地，團隊分析，這裡冬小麥和夏玉米收穫後大量秸稈還田，改變了土壤微生態環境，促進了有利於病原菌生長的微生物的富集，成為引發小麥莖基腐病的關鍵原因。 為了找到一種有益菌和病原菌進行鬥爭，欒冬冬長期在田裡、實驗室兩頭跑。去田裡把患病的小麥樣品和土壤樣品取回，在實驗室裡篩選土壤，分離出微生物。而後培養微生物、鑑定微生物，再將潛在的「對手」微生物和引發莖基腐病的病原菌進行功能拮抗試驗，驗證其是否發揮了抑制病原菌的作用，從而製備能夠抑制病原菌的有益菌劑。 在實驗室中尋找有益菌的過程雖然繁瑣，但和在酷暑裡下地噴灑生防微生物菌劑比起來，卻還不算辛苦。欒冬冬說，同學們和老師經常是下午兩點就帶上菌劑，頂著火辣的日頭出門，在田裡一直忙到晚上七八點。 經過4年的篩選與驗證，欒冬冬和團隊成員初步研製出了一種生防微生物菌劑。他說，團隊2024年在曲周建立了總面積近5畝、由16區塊組成的試驗田，田塊中應用生防微生物菌劑的結果令人欣喜：小麥莖基腐病發病率顯著下降，根際土壤中病原菌豐度下降超過25%，平均每畝小麥增產近17%。 和欒冬冬相似，博士生倪剛在山東東營的鹽鹼地上種小麥和玉米，檢驗土壤中的微生物對作物的影響。 倪剛告訴中青報·中青網記者，他們從2021年開始，在山東東營的8畝地試驗田上，每年6月播種玉米，10月收穫，玉米收穫後再播種冬小麥，來年6月收穫。在這個輪作的過程中，他和同學們一起提取玉米、小麥根際的微生物進行研究，研製出有益於作物生長的微生物菌劑，並在大田試驗的基礎上驗證菌劑效果。 「上個月，我們剛收穫了微生物菌劑試驗的冬小麥。」倪剛說，目前，與不施加微生物菌劑的處理相比，施加微生物菌劑試驗田的冬小麥增產了約30%。 研究人員由此發現，土壤對於作物的影響遠比想像中大，而土壤健康似乎還沒有得到應有的重視。 張俊伶表示，當前以追求高產為目標的集約化農業過度依賴高產品種和外源投入，植物-土壤互作關係被削弱，造成系統負反饋作用加大，而正反饋作用減少，土壤退化嚴重，土壤健康現狀惡化。 張俊伶說，由於長期忽視土壤健康，在面對農業生產實際問題時多採用「快餐式」，「頭疼醫頭，腳疼醫腳」的片面解決方式，土壤生態系統失衡，土壤多功能性難以發揮，嚴重威脅耕地質量和農業綠色發展。因此團隊在此次研究中提出農業轉型要紮根大地，「低頭」關注土壤健康。 「不能光看一茬的產量，還要看長遠的整體效應；不能只管作物，還得看護好土壤。」張俊伶說，「我們希望大家從『朝上看』，轉向『朝下看』，要扎到土裡去；希望大家不僅僅是看短期的作物產量，更要著眼於長遠的健康土壤培育。」 近些年，張福鎖在走訪全國各地的農田時，觀察到地方農業部門對「改土」的需求日益增長。研究團隊提出了未來農業科學研究的一些重點方向，他們希望構建作物高產與土壤健康協同提升的長效機制和管理策略，支撐農業系統的氣候韌性等。 中青報·中青網記者 張茜 實習生 劉璇來源：中國青年報 2025年08月11日 08版
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