類蚱蜢橡膠可跳至自身厚度200倍高
(資料圖片)
美國(guó)科羅拉多大學(xué)博爾德分校的工程師們?cè)O(shè)計(jì)了一種新型橡膠狀薄膜，可像蚱蜢一樣跳到空中，完全不需要外界干預(yù)。只要把它加熱，就能看到它跳躍。相關(guān)研究發(fā)表在18日《科學(xué)進(jìn)展》雜志上。
研究人員說(shuō)，這種復(fù)合材料的反應(yīng)有點(diǎn)像蚱蜢通過在腿上儲(chǔ)存和釋放能量來(lái)跳躍的方式。新研究利用了液晶彈性體材料的不尋常行為，這些材料是筆記本電腦或電視顯示器中液晶的固體和彈性聚合物版本。
研究小組制造了大約一個(gè)隱形眼鏡大小的液晶彈性體小晶片，然后將它們放在加熱板上。隨著這些薄膜的加熱，它們開始扭曲，形成一個(gè)錐體，然后突然爆炸似從里到外翻轉(zhuǎn)，在短短6毫秒內(nèi)將材料噴射出到接近自身厚度200倍的高度。
研究人員表示，這些薄膜中的每一層都由3層彈性體組成。這些層在受熱時(shí)會(huì)收縮，但最上面的兩層比最下面的一層收縮得更快。這種不協(xié)調(diào)，再加上層內(nèi)液晶分子的取向，導(dǎo)致薄膜收縮并形成圓錐形。
隨著圓錐體的形成，薄膜中的張力會(huì)不斷增加，直到突然“啪”的一下，錐體倒置，拍打表面并將材料彈起來(lái)。同一片膜還可以跳躍數(shù)次而不會(huì)磨損。研究人員可調(diào)整薄膜，以使它們?cè)诶鋮s時(shí)跳躍，或朝特定方向跳躍。
研究人員表示，這為柔性機(jī)器人等應(yīng)用提供了使用聚合物材料的新機(jī)會(huì)，這些應(yīng)用經(jīng)常需要獲得高速、強(qiáng)力的驅(qū)動(dòng)機(jī)制。未來(lái)，類似材料可幫助實(shí)現(xiàn)柔性機(jī)器人（不需要齒輪或其他硬部件來(lái)移動(dòng)的機(jī)器人）跳躍或舉起。
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