加州大學聖地亞哥分校的研究人員創造了含有海藻成分的軟性設備，當受到機械壓力時，例如被擠壓、拉伸、扭曲或彎曲，它會在黑暗中發光。研究人員表示，這些設備非常適合於創建探索深海和其他黑暗區域的軟體機器人，因為它們不需要任何電子元件就能發光。

這項研究最近發表在《自然通訊》雜誌上。

在赤潮事件中有時可能在聖地亞哥的海灘上看到的生物發光的海浪，帶給研究人員製造發光小工具的靈感。這項研究的資深作者，加州大學聖地亞哥分校雅各布斯工程學院的機械和航空航天工程教授蔡勝強在一個春夜與家人一起觀看發光的藍色海浪時，很想知道是什麼創造了這種驚人的光亮。

資料來源：加州大學聖地亞哥分校雅各布斯工程學院

光的來源是一種叫做甲藻的單細胞藻類。但是，特別讓蔡教授著迷的是，他了解到甲藻在受到機械壓力時會產生光，例如來自海浪的力量。他說：”這對我來說非常有趣，因為我的研究重點是材料的力學，在任何與變形和壓力如何影響材料行為有關的時候。”

蔡教授想利用這種來自自然的光芒來開發可以在黑暗中使用的軟體機器人的設備，而不需要電力。他與加州大學聖地亞哥分校斯克里普斯海洋研究所的海洋生物學家Michael Latz合作，後者研究甲藻的生物發光以及它如何對各種水流條件做出反應，將Latz的生物發光基礎研究與Cai的機器人應用的材料科學工作結合起來。

為了製造這些設備，研究人員將紡錘梨甲藻（Pyrocystis lunula）的培養液注入一種柔軟、有彈性的透明材料的腔內。該材料可以被構建成任何形狀–在這裡，研究人員測試了各種形狀，包括平板、X形結構和小袋狀。

當材料以任何方式被壓迫、拉伸或變形時，它會導致裡面的甲藻溶液流動。這種流動產生的機械應力引發了甲藻的發光。這裡設計的一個關鍵特徵是，材料的內表面有小柱子，使其具有粗糙的內部紋理。這擾亂了材料內部的流體流動，更強的流動對甲藻施加了更多的壓力，這反過來又引發了更亮的光芒。

這些設備是如此敏感，甚至輕輕一拍就足以使它們發光。研究人員還通過振動這些設備、在其表面畫畫以及向其吹氣使其彎曲和搖擺來使其發光–這表明它們有可能被用來收集氣流以產生光線。研究人員還在這些設備中插入了小磁鐵，這樣它們就可以被磁力引導，在移動和變形時發光。

這些設備可以用光進行充電，甲藻是可以進行光合作用的，這意味著它們利用太陽光來生產食物和能量，只需要白天用光照耀這些設備，使它們獲得在夜間發光所需的能量。

這些設備的魅力在於其使用非常簡易，”它們基本上是免維護的，只需要我們將培養液注入材料中就可以了。只要用陽光給它們充電，它們就可以反複使用至少一個月。我們不需要更換溶液或任何東西。每個設備都是它自己的小生態系統–一種工程化的活體材料。”

最大的挑戰是弄清楚如何保持甲藻在材料結構內的活力和繁榮。”研究報告的第一作者李成來說：”當你把活的生物體放在一個合成的、封閉的空間裡時，你需要考慮如何使這個空間適合居住，例如，它將讓空氣進出，同時仍然保持你想要的材料特性。”他指出，關鍵是要使他使用的彈性聚合物有足夠的孔隙，使氧氣等氣體能夠通過，而不會使培養液漏出。甲藻可以在這種材料中生存一個多月。

研究人員現在正在用甲藻類創造新的發光材料。在這項研究中，甲藻只是填補了一個已經存在的材料的空洞。在他們工作的下一階段，該團隊正在使用它們作為材料本身的一種成分。李說：”這可以為我們今後可以實驗的尺寸和形狀提供更多的多樣性。”

該團隊對這項工作可能給海洋生物學和材料科學領域帶來的可能性感到興奮，研究人員表示這可以繼續從基礎研究方面推進我們對生物發光系統的理解，同時為各種應用創造條件，從生物力傳感器到無電子機器人等等。