野燕麦是一种常见的农田杂草,其成熟的种子上带有褐色膝曲状针芒,它能够随着环境湿度变化做三维旋转变形运动,可帮助所依附的锥形体钻进土壤缝隙中实现种子的传播。探究野燕麦麦芒细胞的微观结构、运动特征及吸湿变形原理,对设计和制备仿生自驱动智能装置具有重要的启迪作用。本研究以野燕麦麦芒细胞为研究对象,对其吸湿运动的基本原理及力学特性等进行了详细的研究,并在此基础上设计制备出了仿生麦芒纤维细胞模型。具体研究内容及结果如下:（1）借助扫描电子显微镜、聚焦离子束扫描电镜等仪器,从微观的角度系统的观察了野燕麦麦芒的形貌结构,确定了吸湿芒的纤维排列及层状结构形式。随后,通过拉伸试验测定了不同野燕麦芒束纤维细胞的力学特性,并根据试验结果及材料力学理论,分析单个野燕麦芒细胞及其亲水性基质的力学性能与含水率间的定量关系。结果表明:力学性能均随着含水率的增加而降低;所测含水率变化范围内,麦芒细胞的最大弹性模量达12.78 GPa,最小值为8.11 GPa;亲水性混合基质模量最大值为8GPa,最小值为0.054GPa。（2）基于野燕麦麦芒细胞的微观结构及力学特性分析,建立了与生物原型尺寸及性能相照应的厚壁复合材料螺旋管有限元模型,通过施加湿度载荷,得到了单个及多个纤维细胞有限元模型的变形形式及变形结果。结果表明:有限元模型在湿度载荷的作用下会发生旋转变形;当吸水浓度变化量最大时单纤维及二、三、四、七纤维束模型的轴向应变分别为30.794%、30.869%、31.114%、31.356%、30.842%,单位长度扭转角分别是8.21×10-3rad/μm、8.92×10-3rad/μm、9.13×10-3rad/μm、9.73×10-3rad/μm、8.59×10-3rad/μm。（3）通过对智能材料制备技术、合成效率、响应速率、力学强度等方面的综合考察,选用semi-IPN智能水凝胶作为亲水性基质仿生基材,探究了该水凝胶基材的溶胀、消溶胀性能。同时表征出了含水率对凝胶力学性能及体积应变的影响。结果表明:智能水凝胶具有较快的溶胀及消溶胀速率;随着含水率的增加,凝胶的弹性越来越大,但强度却越来越小;水凝胶吸水平衡时的体积应变可达到9.781%。（4）在阐明野燕麦麦芒细胞的结构特征及变形原理的基础上,以选定的柔性凝胶基体及高模量纤维为仿生材料,设计制备出了仿生麦芒单纤维和束纤维细胞模型,发现它们遇水能够自发的做旋转变形运动。并通过试验探究了这些仿生细胞模型的响应速率以及含水率对其形变量的影响。结果表明:纤维细胞模型数量从一增加到五的过程中,其吸湿旋转变形速率分别为0.055rad/min、0.112 rad/min、0.146 rad/min、0.163rad/min、0.173rad/min;吸湿平衡时的扭转角度分别为2.583 rad、5.585rad、6.719 rad、7.592rad、8.290rad。