弹性活性向列壳层中缺陷驱动的形状转变

活性物质的特点是通过自生应力诱导运动。对于固体而言，这种运动可导致形状变换。产生应力的组分可以是各向异性的，赋予材料介观取向序。目前尚不清楚这些活性组分的具体位置和取向如何影响形态变化。我们从理论上研究了在产生应力的组分排布中引入拓扑点缺陷对弹性活性向列壳层形态的影响。我们表明，电荷为+1的拓扑缺陷 uniquely capable of increasing, reducing or maintaining the intrinsic curvature of the shell（ uniquely capable of increasing, reducing or maintaining the intrinsic curvature of the shell 译为：唯一能够增加、减小或维持壳层本征曲率）。这些变化取决于活性应力的性质和缺陷的相位角。我们将理论应用于收缩肌动蛋白-肌球蛋白片层的实验。通过组合不同电荷的缺陷，我们可以生成任意复杂度的壳层。我们通过重现淡水水螅（Hydra）的形状证实了这种灵活性，其中拓扑缺陷与该动物的形态学特征相关。除了理解形态发生过程外，这些原理还可应用于设计可编程活性力学超材料，其构成自主软机器人的基础。