受自然界光驱动的运动反射启发，光刺激运动人工反射弧近年备受关注。像大脑一样依靠神经反射弧来降低机器人控制系统的任务负载，可以极大地降低硬件系统和数据分析的复杂度，为机器人的运动控制提供更大灵活性和通用性。基于自然界反射弧原理的人机交互界面，在人工智能中具有“接口”优势，特别是需要执行多种动作并做出梯度响应时，反射弧原理的类生物神经系统有望可以增强人类感觉功能，甚至替换受损神经。

金沙威尼斯欢乐娱人城刘楠教授课题组利用石蜡的低熔点性和可编辑性，实现了对扭转折叠的MoS2超晶格结构的精准定制，通过巧妙调整扭转角度，超晶格结构的光学性质和光电性能单调可调控（图1）。基于这一特征，课题组首次将扭转折叠的MoS2超晶格结构应用于光感知领域，在命令流的作用下成功制备了可调谐的梯度响应人工反射弧。

图1：石蜡辅助MoS2超晶格定制。a）图案化石蜡制备扭转双层MoS2工艺流程图。b）不同扭转角度的双层MoS2光学图像。c）扭转双层MoS2原子结构的TEM图像。插图为相应的光学图像。d）扭转双层MoS2的拉曼强度映射。e）扭转双层MoS2的AFM图像。f）比例尺虚线方向高度剖面图。

由于不同扭转角的光感受器具有调节光电特性的能力，研究团队成功设计了一个光触发系统，用于制造人工反射弧（图2）。一旦人造光感受器接收到光刺激，它能够将光信号转换为电流信号，接着将放大后的电信号转化为机械信号，从而实现对机械手运动的精准控制。在指令流的引导下，研究团队成功地实现了不同的光刺激机械动作，包括不同手势（动作Ⅰ）、手指弯曲（动作Ⅱ）和机械抓取（动作Ⅲ），展示了基于可调光感受器的人工反射弧在光刺激运动微型机器人中的广泛应用前景，为开发智能软机器人和下一代人机界面提供了一个独特的思路。

图2：基于光刺激运动的人工反射弧。 a）受生物反射弧启发的人工反射弧示意图。具有不同扭转角度的折叠双层MoS2作为光感受器的通道，结合LabVIEW、Arduino和机械手驱动器，完成信号的传输、机械手的转换和驱动。机械手的规则运动显示了光信号向机械信号的转换。b）基于光感受器、光电信号和机械动作的机器学习过程。c）柔性基板上不同扭转角度（4°、15°、29°）的光感受器，以及相应的机械动作模式（动作Ⅰ：不同手势；动作Ⅱ：食指弯曲；动作Ⅲ：机械夹持）。d）通过光触发信号产生的电流信号来识别不同扭曲角度的光感受器的机器学习。e）触发阈值电流与光感受器扭转角的函数关系。f）4°、15°及29°的光感受器随时间变化的触发电流。g）响应时间与光感受器扭转角的函数关系。

相关成果以“Paraffin-enabled Superlattice Customization for a Photostimulated Gradient-Responsive Artificial Reflex Arc ”为题，于2024年2月12日发表在先进材料期刊上（Advanced Materials）。北京师范大学化学学院2018级博士生张巍锋（人工反射弧构建实验）、北京大学工学院2019级博士吴梦维（机器学习）是文章的共同第一作者。金沙威尼斯欢乐娱人城刘楠教授为文章的通讯作者。这项工作得到了国家自然科学基金、北京市杰出青年基金、金沙威尼斯欢乐娱人城优秀创新团队等经费支持。

文章链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.202313267