智能化是人类文明和现代科学发展的趋势,是事物在新技术的支持下能动地满足人类各种需求的属性。特别是基于智能材料的软体机器人,在感知诸如力、热、光、电、磁、化学等外界环境刺激下实现灵巧操作和快速应答,被广泛应用于国民生活、工农业生产、航天军工、生物医学、基础科学等领域。区别于传统刚性机器人的电机驱动,基于柔软材料制作的软体机器人的驱动模式取决于所采用的智能材料,具有大变形、多自由度、柔性接触、可选择性、结构工艺简单、成本低等优势。响应型水凝胶作为一种典型的智能软材料,具有种类丰富、类生物体的柔性、可选择的多响应性、易加工、低成本、生物相容等优良特性,成为软体机器人领域的研究热点。然而,在面对复杂多样的实际应用环境时,响应型水凝胶存在加工和结构设计相对复杂、响应相对缓慢、响应模式单一、响应规律尚待总结、稳定性随时间退化、应用适应性差等缺陷。因此,如何兼顾简单结构和制备、快速响应、多模式响应、合适场景应用以及深入探讨驱动变形规律成为制约响应型水凝胶发展的瓶颈问题。自然界存在着多种刺激响应系统,如变色龙的变色伪装、含羞草的感振运动、捕蝇草的屈曲突变捕食、紫荆花豆荚的自动播种等。特别是水生植物-囊泡貉藻,在外界环境变化下,它能够利用自身的条纹和分层结构实现毫秒级别的超快速水下捕食运动,为基于响应型水凝胶的仿生双层结构设计及驱动机理的研究提供了关键的仿生学启示。本论文基于囊泡貉藻水下快速驱动和微观结构特点,提取仿生双层结构模型,为应对复杂多样的水体环境和特殊的外界刺激,选取温度、溶剂、离子、pH等外刺激和对应的响应型水凝胶,拟构建具有仿生双层结构的多刺激响应型水凝胶/无尘纸体系,并探究其多响应模式、快速驱动和可编程变形的行为。运用理论分析和实验验证相结合的方式揭示其驱动原理;通过水凝胶层、无尘纸层和溶液等参数调控与数据分析,进行性能优化及驱动规律的归纳总结;设计基于仿生双层结构的阀门装置,并探究其可选择、单向流通、液体分流等功能性。这种仿生结构设计、理论预测、实验参数调控、数据分析、规律总结的有效统一,为软体驱动领域的发展提供了一种卓有成效的研究思路,具体研究内容和主要结论如下:（1）运用仿生学原理,基于囊泡貉藻的水下快速捕食机制和微观结构特点,提取具有条纹结构和层状结构的仿生双层结构模型;以响应型水凝胶为主动层、无尘纸为被动层的设计理念实现仿生双层结构;利用几何关系,欧拉-伯努利梁理论、有限元分析相结合的方法,预测水凝胶层、无尘纸层和溶液等相关参数对其驱动性能的影响,有效调控仿生双层结构的驱动行为。（2）基于仿生双层结构模型及其设计理念,选取聚异丙基丙烯酰胺水凝胶为主动层,无尘纸为被动层,设计了一种具有仿生双层结构的温度响应型水凝胶。通过调控水凝胶层的纳米黏土含量和相对厚度、纸层的条纹角度及拉伸性能等参数,实现了温度刺激下仿生双层结构快速驱动的目的;通过数据分析验证了理论分析预测的正确性;结合结构设计,实现了包括普适性、光热驱动性以及可再生性在内的多功能性,完成抓手应用和字母变形等可编程变形。（3）基于仿生双层结构模型及其设计理念,应对自然水体环境的多样性和复杂性,分别选取溶剂（明胶）、离子（明胶）、酸性pH（P（AAm-co-VI））、碱性pH（PAAc）水凝胶为主动层,无尘纸为被动层,设计了四种具有仿生双层结构的多响应型水凝胶,实现了在溶剂、离子、pH等外刺激下仿生双层结构快速驱动的目的;成功实现了溶剂响应型双层结构对多达11种溶剂的响应行为,驱动性能基本符合介电常数序列关系;成功验证了离子响应型双层结构对13种阴离子和3种阳离子的响应能力,驱动性能基本符合霍夫梅斯特序列关系;结合数据分析证实了理论分析预测的正确性,并对其可编程变形行为进行研究。（4）基于仿生双层结构的多种响应型水凝胶的实验结果,通过现象观察、理论分析、数据拟合相结合的方式,首次提出一种螺旋型弯曲规律和一个有效驱动力公式。螺旋型弯曲规律是指具有仿生双层结构的响应型水凝胶体系在外界刺激下的弯曲状态呈现螺旋状,末端运动轨迹（即弯曲角度-时间关系）在平面直角坐标系下符合指数函数关系,转化为极坐标下又符合对数螺线的特征,同时不同的实验参数对驱动性能的影响也符合一定的函数关系。利用有效驱动力公式可定性分析弯曲方向和驱动性能。（5）设计了一系列基于仿生双层结构的阀门装置,包括五种单通型、六种双通型、两种三通型和一种四通型,具有可选择、单向流通、液体分流等功能化特性;通过数据分析提出了一种基于螺旋型变形规律的阀门调节规律。总之,通过对基于响应型水凝胶的仿生双层结构的设计及驱动机理研究,拓展了水凝胶基柔性结构在复杂液相环境下对水体流动行为的控制及在简易阀门装置中的应用潜能。