“躍動殼”無需外力即可定時起跳

原標(biāo)題：“躍動殼”無需外力即可定時起跳

美國北卡羅來納州立大學(xué)研究人員開發(fā)出一種“躍動結(jié)構(gòu)”，可在無需計算機(jī)或外部刺激的情況下，在預(yù)設(shè)時間自動跳起。這種“躍動殼”（metashell）何時起跳、跳多高，完全由材料結(jié)構(gòu)本身決定。相關(guān)研究于2日發(fā)表在《美國國家科學(xué)院院刊》上。

有些結(jié)構(gòu)，比如被釋放的彈簧，在移除壓力后會立刻跳起。但研究人員想創(chuàng)造一種不依賴外部刺激，且可以提前設(shè)定起跳時間的結(jié)構(gòu)。

此次設(shè)計的躍動殼能在數(shù)秒至數(shù)十小時內(nèi)，按設(shè)定的“時鐘”自動跳起。這種新型結(jié)構(gòu)由聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET）構(gòu)成，呈球形，由復(fù)雜的晶格樣式連接在一起。這種結(jié)構(gòu)能最大限度地提高其能量儲存能力。

這項設(shè)計利用了PET的黏彈特性。當(dāng)對躍動殼施加壓力時，它會被壓縮變形。當(dāng)壓力移除后，它不會立即恢復(fù)原狀，而是緩慢“蠕變”回球形，直到達(dá)到一個臨界點(diǎn)，然后瞬間釋放能量，彈射至空中，完成跳躍。

值得注意的是，躍動殼的受力持續(xù)時間越長，結(jié)構(gòu)達(dá)到臨界點(diǎn)所需的時間也越長。

研究人員表示，這項技術(shù)的最終效果是，人們可以通過調(diào)整施加壓力的時間，精確設(shè)定躍動殼的跳躍時間，同時也能控制其跳躍的高度，因為受力時間越長，跳得越低。

在測試中，研究人員成功實現(xiàn)了從3秒到58小時的預(yù)定跳躍時間。躍動殼的起跳高度最高可達(dá)自身高度的9倍，也可以低至自身高度的二分之一，具體取決于預(yù)設(shè)的跳躍延遲時間。這意味著這種結(jié)構(gòu)不僅可以“定時起跳”，還能“按需跳高”。

團(tuán)隊還測試了躍動殼在多種表面的跳躍能力，如硬地、沙地、雪地和水面，即使在-15℃的低溫環(huán)境中也能穩(wěn)定跳躍。此外，他們受到自然界種子爆裂傳播過程的啟發(fā)，還能使躍動殼像鳳仙花種子那樣彈射出去。實驗顯示，一種直徑100毫米的躍動殼，成功將“種子”分散到1.5米范圍。

研究人員表示，這種無需外力、具備定時控制能力的結(jié)構(gòu)，未來在環(huán)境監(jiān)測、生物標(biāo)志物投放、軟體機(jī)器人等場景均有應(yīng)用潛力。（記者張佳欣）