射道爬行器

智能变形水凝胶作为一种软、湿态智能材料，能在外界环境的刺激下将自身化学能转化为机械能，同时伴随体积及形态的转变，因此一直以来被认为是理解与验证生物变形的理想平台。经过多年的发展，智能变形水凝胶已然能模仿自然界中的大部分变形行为，并展现出多刺激响应、可编程、程序化形态转变等诸多特点。然而，自然界的生命体不仅能改变自身形态，还可将这种原位的变形高效地转化为运动，从而满足自身示警、捕食及避险等需求。因此如何模仿生命体的运动行为，并进一步使智能变形水凝胶实现越野运动依然是一个巨大的挑战。 　　中国科学院宁波材料技术与工程研究所智能高分子材料团队陈涛研究员长期从事功能与智能高分子水凝胶及其在仿生变形、变色及运动等方面的前沿探索研究。近期，该团队与浙江大学、之江实验室的郑音飞教授合作，基于前期提出的界面扩散聚合(IDP)策略(CCS Chem. 2022, DOI: 10.31635/ccschem.022.202201942)，成功编程智能高分子水凝胶的各向异性结构，从而模仿尺蠖的爬行行为，实现了智能变形水凝胶全地形的越野爬行行为(图1)。 　　为了能实现高效的变形-运动转变，研究人员利用冰模板的方法，制备了具有超快温度响应的聚N-异丙基丙烯酰胺(PNIPAm)凝胶海绵。其可在5s内收缩到自身体积的40%，并且由其制备而得的双层水凝胶驱动器展示出88°/s的快速弯曲变形(图2)。值得一提的是，与传统的智能变形材料通过减小自身厚度来加快响应速度的方式不同，即使该凝胶厚度增加到2mm，其驱动速度也不会有较大损失。因此，在保证凝胶驱动变形速度的同时，PNIPAm凝胶海绵能具有更大的体积从而能将自身更多的化学能转化为机械能。 　　进一步地，为了增强凝胶变形的可控性，研究人员基于凝胶结构设计以及IDP策略，通过在PNIPAm凝胶海绵的表面定制化地生长含有Fe3O4纳米颗粒的光热凝胶，使得所制备的双层水凝胶驱动器能在近红外(NIR)光驱动下产生向光性及自持振动行为(图3)。除此之外，研究人员还可通过IDP策略，将制备好的双层水凝胶驱动器切断并重新排序组装，从而实现在NIR光下的多自由度程序化变形。 　　基于凝胶的程序化变形，这种双层的水凝胶驱动器能通过模仿自然界中尺蠖爬行的过程，利用时空调控的原位变形与环境的交互来实现高效的爬行运动。具体而言，一束NIR光首先照射的凝胶的头部，由于Fe3O4纳米颗粒的光热作用与PNIPAm凝胶海绵的热响应形变的协同作用，凝胶头部快速弯曲变形，并与粗糙基底形成卯榫结构增大其与基底的摩擦力。而后，NIR逐步移向凝胶中部，并不断触发所经凝胶的热弯曲收缩，使得凝胶整体收缩前进。当NIR移动到凝胶尾部时，对称相反的结构使得凝胶尾部凝胶向上弯曲从而抬起凝胶头部，使得其与基底的卯榫结构打开，解除锚定作用。最后，当移除NIR光后，头部的凝胶会快速回复到初始状态从而触发下一次循环。因此水凝胶也可在这种动态的卯榫锚定模式下，实现持续地爬行过程(图4)。值得一提的是，利用这种动态的卯榫锚定模式，该双层水凝胶驱动器可以适应多种粗糙表面，甚至可在普通的自然沙地上实现快速爬行。 　　此外，得益于IDP策略对凝胶结构的编程，双层水凝胶驱动器可进一步仿生进化出二维的六触手形态，通过水凝胶触手之间的互相配合实现快速的二维爬行。并且通过触手的程序化变形，水凝胶还可在爬行过程中不断调整自身体积，从而适应地形的变化，并成功穿越隘口，山谷以及山脊等一系列复杂地形(图5)。 　　该工作近期以题为“The Dynamic Mortise-and-Tenon Interlock Assists Hydrated Soft Robots Toward Off-Road Locomotion”的论文在线发表在Science合作期刊Research(DOI: org/10.34133/research.0015)上。本研究得到了国家重点研发计划(2022YFB3200071)、浙江省自然科学基金(LD22E050008，LD22A020002)、浙江省重点研发计划(2022C01002)、中国科学院青年创新促进会(2019297)、浙江省医药卫生重点科技项目、国家卫生健康委员会科研基金(WKJ-ZJ-2009)和国家重大科研仪器开发项目(81827804)等项目的支持。图1 水凝胶的仿生进化及越野爬行图2 具有快速温敏驱动的凝胶海绵图3 NIR下光热水凝胶驱动器的程序化变形过程图4 仿尺蠖多地形快速爬行图5 水凝胶二维越野爬行

昨天，扬州最高气温突破36℃。对于市环保局环境监测人员来说，一年中最艰辛的时候到来了。昨天，记者跟着他们来到港口污泥发电有限公司，进行高空废气监测。　　热浪来袭　　背着仪器爬30米高烟囱　　昨天下午3点，正是太阳最火辣的时候。记者跟随市环保局环境监测中心站监测人员梁学法和杨兴圣，从市环保局出发。到达目的地后，几个大烟囱赫然耸立在眼前。　　由于大锅炉正在使用，不仅声音较大，周围温度也极高，站在地面就能明显感觉到一股股热浪来袭。“39.8℃!”梁学法用温度计监测后说，“这边有锅炉，所以温度要比实际气温还要高。”　　很快，梁、杨二人从车后熟练地取下仪器，戴上手套，准备往烟囱上爬。他们所背的器材箱有两个，一长一短，里面放置着一台烟尘测试仪、一台烟气分析仪、一把烟枪，还有两个器材包，加起来约有50斤。真是拎着都费劲，别提还要背着爬烟囱了。　　记者穿上长袖工作服、戴上手套、系好安全带，站在梯子下方看到，梯子非常窄，仅能容得下一个人爬行。“这是笼梯。这个已经不算高了，也就二三十米。我们要爬上去到达平台，再把仪器放下来开始监测。”　　记者跟在梁学法后面，一边缓慢爬行，一边感受着笼梯的灼热感。爬的过程还好，但到了安全平台上，因为整个平台是镂空的，透过缝隙向下看，记者生怕会踩到空隙中去。　　“平时爬个三四十米高的烟囱都很正常，像扬农还有一个75米高的烟囱，我们也都爬过。”杨兴圣说，根据技术规定，也为了保证数值真实，他们一般都是两个人去检测。　　双重高温　　冷却塔热气又来凑热闹　　背着大块头的监测仪器爬到高空测废气，是环境监测中心站工作人员的监测项目之一。一到夏天，他们的工作变得更加难熬。“不仅仅是室外高温，爬到高处后，被测体也有高温散出，可以说是双重高温。”　　到达监测平台，梁学法和杨兴圣先将仪器准备好，然后测温度、湿度、大气压等参数，并把过滤筒放进烟枪里，再放到烟道里采样。“我们主要监测项目有烟尘、二氧化硫、氮氧化物、流量、湿度等参数。”　　测完烟尘，杨兴圣把过滤筒折好收起来，又开始测二氧化硫和氮氧化物。时间已经过了20分钟。除了高空、高温，正下方的冷却塔，排出的热气正好对着监测人员站立的地方，让本就头顶烈日的监测人员，身后又增加了一阵湿热。记者热得浑身是汗，梁学法和杨兴圣的衣服都湿透了，汗珠不停地往下滴。“夏天经常会热得有休克感。”　　据介绍，为了保持数据的可靠性，一个监测点采样后还要在现场等待。根据被测点的排放规律和生产周期等，决定采样频次，一般整个过程需要2至3个小时。“除了白天，我们也会在夜里、节假日突击检查，保证大气质量不受废气影响。”　　事后记者了解到，燃煤锅炉烟温基本能达到80℃到100℃，如果是烟油锅炉或者是燃气锅炉，烟温能达到170℃到180℃。“我们有一台烟气分析仪，测试到被测锅炉烟囱的温度有上百摄氏度，而我们外面的操作环境最少有50℃。”杨兴圣说。　　新闻背景　　扬州7企业列入高空排放监测　　近几年，我市对火电、水泥、化工等重点行业企业污染物排放要求越来越严，不少发电公司陆续启动“超低排放”改造。据了解，目前市环境监测中心站现场监测部门共有20名现场监测人员，担负着全市环境质量例行监测、污染源监督监测、各类委托监测以及验收监测全过程等监测任务。　　“对于国控污染源，我们的要求是每个季度监测一次。”市环保局监测中心站工作人员介绍说，“除了国控要求的固定监测，我们还会为信访、监督进行监测和服务，进行随时监测。”对于高空排放监测，根据最新数据，整个扬州(包括县市区)被列入国控源的共有7家企业。

无损探伤在工业方面的应用非常广泛，是检查金属或非金属物体内部缺陷的主要方法之一。做好放射防护工作，是工业探伤工作持续健康发展的前提。GBZ 117—2015《工业X射线探伤放射防护要求》、GBZ 132—2008《工业γ射线探伤放射防护标准》和GBZ 175—2006《γ射线工业CT放射卫生防护标准》3项标准自颁布以来，对提高工业射线探伤放射工作人员职业健康水平、降低工业射线探伤放射事故的发生率发挥了重要作用。随着《中华人民共和国职业病防治法》等法律法规、相关放射防护标准的修订，以及工业射线探伤技术的改进，上述标准已难以满足对工业射线探伤的放射防护要求，为方便监督管理部门、探伤从业人员以及监测评价等相关人员使用，国家卫健委于2022年10月发布GBZ 117—2022《工业探伤放射防护标准》，对上述3项标准进行整合修订，并于2023年3月1日起开始实施。修订的主要内容如下：（1）更改了探伤机放射防护性能的要求；（2）增加了“使用单位放射防护要求”；（3）更改了控制区距离的估算；（4）将放射防护要求场所相关的空气比释动能率更改为周围剂量当量率；（5）删除γ探伤机性能验收检测内容；（6）删除管道爬行探伤装置、γ探伤机快门形式的示意图。GBZ 117—2022《工业探伤放射防护标准》如下：