类蚱蜢橡胶可跳至自身厚度200倍高
2023-01-20 10:03:33      来源:科技日报

    液晶弹性体元件的跳跃运动取决于腿高的差异。图片来源:《科学进展》杂志

    美国科罗拉多大学博尔德分校的工程师们设计了一种新型橡胶状薄膜,可像蚱蜢一样跳到空中,完全不需要外界干预。只要把它加热,就能看到它跳跃。相关研究发表在18日《科学进展》杂志上。

    研究人员说,这种复合材料的反应有点像蚱蜢通过在腿上储存和释放能量来跳跃的方式。新研究利用了液晶弹性体材料的不寻常行为,这些材料是笔记本电脑或电视显示器中液晶的固体和弹性聚合物版本。

    研究小组制造了大约一个隐形眼镜大小的液晶弹性体小晶片,然后将它们放在加热板上。随着这些薄膜的加热,它们开始扭曲,形成一个锥体,然后突然爆炸似从里到外翻转,在短短6毫秒内将材料喷射出到接近自身厚度200倍的高度。

    研究人员表示,这些薄膜中的每一层都由3层弹性体组成。这些层在受热时会收缩,但最上面的两层比最下面的一层收缩得更快。这种不协调,再加上层内液晶分子的取向,导致薄膜收缩并形成圆锥形。

    随着圆锥体的形成,薄膜中的张力会不断增加,直到突然“啪”的一下,锥体倒置,拍打表面并将材料弹起来。同一片膜还可以跳跃数次而不会磨损。研究人员可调整薄膜,以使它们在冷却时跳跃,或朝特定方向跳跃。

    研究人员表示,这为柔性机器人等应用提供了使用聚合物材料的新机会,这些应用经常需要获得高速、强力的驱动机制。未来,类似材料可帮助实现柔性机器人(不需要齿轮或其他硬部件来移动的机器人)跳跃或举起。(记者 张佳欣

    编辑: 刘欣彤 责任编辑: 曹月

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