想象一下，一根橡皮筋可以多次折断，或者一个小机器人仅仅依靠自身的能量就能跳上一组楼梯。马萨诸塞大学阿默斯特分校(University of Massachusetts Amherst)的研究人员发现，仅依靠环境中的能量流，就能制造出能够自我折断和重置的亚博网站下载材料。
这一发现可能对从玩具到机器人等各种想要可持续地获取运动来源的行业有用，并有望进一步帮助我们理解自然界如何为某些类型的运动提供燃料。
马萨诸塞大学阿默斯特分校自然科学学院高分子科学与工程教授Al Cro亚博老虎机网登录sby和Crosby小组的研究生Yongjin Kim，以及荷兰代尔夫特理工大学的访问学生研究员Jay Van den Berg，在一个平凡的实验中发现了物理学原理，这个实验包括观察凝胶干燥。
研究人员观察到，当长而有弹性的凝胶条由于蒸发而失去内部液体时，凝胶条就会移动。大多数动作都很慢，但偶尔也会加速。这些更快的运动是瞬时不稳定性，随着液体的进一步蒸发而继续发生。另外的研究表明，材料的形状很重要，而且这些金属条可以自行重置以继续它们的运动。
“许多植物和动物，尤其是小型动物，使用像弹簧和门闩这样的特殊部件来帮助它们移动得非常快，比仅靠肌肉的动物快得多，”克罗斯比在解释这项研究时说。像捕蝇草这样的植物就是这种运动的很好的例子，动物界的蚱蜢和捕蝇钳蚂蚁也是如此。弹簧不稳定性是自然界将弹簧和门闩结合在一起的一种方式，并越来越多地用于制造小型机器人和其他设备的快速运动，以及橡胶弹子之类的玩具。然而，大多数此类抓拍设备都需要马达或人手来保持移动。有了这一发现，可能会有各种不需要电池或发动机来驱动运动的应用。”
Kim解释说，在了解了干燥条的基本物理原理后，团队用不同的形状进行实验，以找到最可能以预期方式做出反应的形状，并在没有任何马达或手重置的情况下重复移动。研究小组甚至展示了经过重塑的带子可以发挥作用，比如可以自己爬一组楼梯。
克罗斯比的继续,“这些课程展示了材料如何通过与环境的相互作用产生强大的运动，比亚博网站下载如通过蒸发，它们对设计新型机器人很重要，特别是在小尺寸的机器人中，很难有发动机、电池或其他能源。”
克罗斯比和他的研究小组的这些最新成果是一个更大的多学科大学研究计划的一部分，该计划由美国陆军研究办公室资助，该办公室是美国陆军作战能力发展司令部陆军研究实验室的一个组成部分，由杜克大学生物学教授Sheila Patek领导，这项研究旨在从快速移动的生物有机体中发现许多类似的机制，并将它们转化为新的工程设备。
＂这项工作是一项更大的多学科努力的一部分，旨在了解生物和工程脉冲系统，这将为可扩展的方法奠定基础，为机械动作和储能结构和材料产生力。”亚博网站下载美国陆军作战能力发展司令部陆军研究实验室下属的陆军研究办公室分部主任拉尔夫·安瑟尼恩说。“这项工作未来将在陆军和国防部的驱动和动力系统中有无数可能的应用。”
研究人员将他们的发现发表在了2021年1月号的《科学》杂志上自然材料亚博网站下载，一份同行评议的科学杂志。
