自然界中，生物进化出了精妙的结构、表面润湿性和界面相互作用以操纵流体来维持生存，其独特的功能成为人类探索各种应用的灵感来源。仿生的气体和液体输运控制，特别是非重力的驱动策略，在应对微重力或无重力条件，包括航空航天和深海等领域的复杂环境应用中具有重要意义。在本篇综述中，作者介绍了生物体中的流体输运控制机制和不依赖重力流体输运控制的仿生界面设计，包括非重力的液体输运、水下气体输运和多相流体输运，流体输运控制的新兴应用、机遇和挑战。
定向流体输运与农业灌溉、集水、空天、能量储存和转换等众多领域密切相关。控制气液输运的能力在生物体中普遍存在，为设计和制造具有定向或选择性流体输运控制能力的材料提供了灵感。通常，流体的定向输运依靠重力场作为动力，对适用环境存在局限性。近年来不依赖重力的驱动过程被设计，其充足的内在驱动力能够克服单向输运甚至重力的能垒，这将为开发先进的气液输运技术提供更广阔的机会，并激发更多突破性的应用成果。
在本文中，作者介绍了几种典型的不依赖重力的液体输运、水下气体输运和多相输运的生物仿生设计策略，包括压力梯度、几何梯度、表面能量梯度、超润湿性和分级结构。通过对自然生物的描述，阐述其输运行为的潜在机制（图1），仿生设计与功能，以及流体输运的新兴应用。
图1. 不依赖重力的流体传输的仿生界面设计策略概述。
1. 不依赖重力的液体输运
水自然地向低处流，只有在外部能量输入的情况下，才能克服重力上升。然而，液体的反重力运输正成为农业灌溉、医疗设备、环境工程和航空航天等各种可持续发展领域先进技术的重要需求。首先，作者介绍了基于几何梯度、超润湿性、非对称润湿性、压力差和分级结构等策略的非重力仿生液体输运的最新进展（图2、图3）。
图2. 基于几何梯度和不对称润湿性的不依赖重力的液体输运。(a)仙人掌刺的微观结构及其上的反重力水输运。(b)南洋杉叶片的结构特征和定向运输。(c)水滴在开放表面的反重力移动。(d)液体抗重力渗透多孔膜
图3. 基于压力差和分级结构的非重力液体输运。(a)木质部中水从底部向上输运到空气。(b)树状结构中持续向上的水输运。(c)猪笼草口缘微结构及水滴由内向外的抗重力输运。(d) 瓶子草表面分级微通道及水定向输运。
2. 不依赖重力的水下气体输运
在水介质中对气泡进行定向控制对于电化学反应、污水处理、生物医药等众多领域至关重要，接着作者总结了基于几何梯度、超润湿性和表面能量梯度策略的非重力仿生水下气体输运（图4）。
图4. 基于几何梯度、超润湿性和不对称润湿性的不依赖重力的水下气体输运。(a)超疏水几何梯度表面及其上的气泡定向输运。(b)超疏水纱线的水下气体虹吸。(c)水下超疏气网的抗浮力储气。(d)光诱导非对称润湿性的表面抗浮力气体输运。(e)气体通过Janus非对称泡沫向下渗透。
3. 不依赖重力的多相输运
与不依赖重力的气、液单相输运相比，实现多相流体输运适用范围更广。作者介绍了基于仿生液体门控技术的多相输运及其研究进展（图5）。液体门控体系利用固体多孔膜与门控液体之间的动态界面相互作用进行流体输运，输运过程不受重力影响，且具有优异的节能、防污和耐腐蚀性能。
图5. 基于液体门控技术的不依赖重力的多相输运。(a)用于气体和液体输运的可逆液体门控。(b)基于液体门控弹性多孔膜的动态可控气/液输运。(c)基于液体门控磁弹性多孔膜的自驱动气/液释放调控。(d)磁性胶体门控体系的可调流体输运。(e)光诱导的定位气/液输运。
4. 不依赖重力流体输运的新兴应用
基于以上非重力流体输运仿生界面设计策略，作者介绍了其相关应用，包括雾收集、海水淡化、微流体、生物医学、气体参与的电化学反应、多相分离等（图6）。
图6. 非重力流体输运的典型应用。(a)雾收集。(b)微流体。(c)涉及气体的电化学反应。(d)油/水分离。(e)气/水/油多相分离。
最后，作者对非重力流体输运控制进行了总结和展望。生物世界为流体输运控制创造了大量的界面设计模型，通过更多生物体的潜在功能研究和多种生物功能的协同结合，提高流体输送效率和精确性、耐久性和环境适应性、以及满足多种运输的需求，并利用多学科相互作用、结合不同策略的优势，将有助于在流体发挥关键作用的各个领域找到有效的工程方案。厦门大学博士研究生刘静和硕士研究生曹敏为文章的共同第一作者，厦门大学副教授郑靖、钱学森实验室空间科学研究部部长姚伟和厦门大学教授侯旭为文章的共同通讯作者。
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