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科学家们让材料只依靠环境中的能量流动，完成了连续翻转及跳跃。
当地时间2月1日，《自然•材料学》杂志发文称，在美国陆军资助下，马萨诸塞大学阿姆赫斯特分校（UMA）的研究人员发现了一种神奇的方法，能让材料只依靠环境中的能量流动，实现连续跳跃（snap）及翻转（reset）。
“这项工作旨在理解生物学及工程脉冲系统，是多学科合作的成果。它将为机械动能的工业方法创新和储能结构及材料的开发奠定基础。”研究人员Ralph Anthenien博士说，“该成果未来在军事驱动和动力系统中有广阔的应用空间。”
研究人员在观察凝胶条的干燥情况时发现了“自我推动”现象——在蒸发作用下，富有弹性的长凝胶条在失去内部液体时，会自行移动。大多数情况下，凝胶条的动作都很缓慢，但偶尔会有加速现象。这些加速现象被称为“跳跃不稳定性”（snap instability），在水分流失的过程中会不断发生。
此外，研究人员还发现：材料的形状对自推动效果有显著影响。
“很多小型植物和动物，会使用类弹簧或类门闩结构协助自身快速移动。这比只依靠肌肉的动物的移速快得多。”UMA高分子科学与工程教授Al Crosby说，“自然界中的维纳斯捕蝇草和蚱蜢，都是这方面的专家。”
“跳跃不稳定性”是自然界结合弹簧和门闩结构的方式之一。借鉴该原理，科学家们制造了能快速运动的小型机器人以及橡胶弹子等玩具。
Crosby说：“然而，大多数弹跳设备都需要电动机或人力来维持运动状态。在新发现的指导下，我们有望消除设备对外源能量的依赖性。”
在了解了干燥凝胶条的基本物理原理后，研究人员对不同形状的干燥凝胶条进行了测试。研究人员发现，改造后的凝胶条甚至能自己“爬楼梯”。
Crosby说：“材料与环境的相互作用——类似蒸发——能产生强大的驱动力。这对设计无电机的小尺寸机器人来说非常关键。”
科界原创
编译：雷鑫宇
审稿：西莫
责编：陈之涵
期刊来源：《自然•材料学》
期刊编号：1476-1122
原文链接：
https://phys.org/news/2021-02-discovery-self-propelled-robots.html
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