科技日?qǐng)?bào)記者 張佳欣

美國(guó)北卡羅來(lái)納州立大學(xué)研究人員開(kāi)發(fā)出一種“躍動(dòng)結(jié)構(gòu)”，可在無(wú)需計(jì)算機(jī)或外部刺激的情況下，在預(yù)設(shè)時(shí)間自動(dòng)跳起。這種“躍動(dòng)殼”（metashell）何時(shí)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(guó)國(guó)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(huì)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(shí)間的結(jié)構(gòu)。

此次設(shè)計(jì)的躍動(dòng)殼能在數(shù)秒至數(shù)十小時(shí)內(nèi)，按設(shè)定的“時(shí)鐘”自動(dòng)跳起。這種新型結(jié)構(gòu)由聚對(duì)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?jī)?chǔ)存能力。

這項(xiàng)設(shè)計(jì)利用了PET的黏彈特性。當(dāng)對(duì)躍動(dòng)殼施加壓力時(shí)，它會(huì)被壓縮變形。當(dāng)壓力移除后，它不會(huì)立即恢復(fù)原狀，而是緩慢“蠕變”回球形，直到達(dá)到一個(gè)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(dòng)殼的受力持續(xù)時(shí)間越長(zhǎng)，結(jié)構(gòu)達(dá)到臨界點(diǎn)所需的時(shí)間也越長(zhǎng)。

研究人員表示，這項(xiàng)技術(shù)的最終效果是，人們可以通過(guò)調(diào)整施加壓力的時(shí)間，精確設(shè)定躍動(dòng)殼的跳躍時(shí)間，同時(shí)也能控制其跳躍的高度，因?yàn)槭芰r(shí)間越長(zhǎng)，跳得越低。

在測(cè)試中，研究人員成功實(shí)現(xiàn)了從3秒到58小時(shí)的預(yù)定跳躍時(shí)間。躍動(dòng)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(shí)間。這意味著這種結(jié)構(gòu)不僅可以“定時(shí)起跳”，還能“按需跳高”。

團(tuán)隊(duì)還測(cè)試了躍動(dòng)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(guò)程的啟發(fā)，還能使躍動(dòng)殼像鳳仙花種子那樣彈射出去。實(shí)驗(yàn)顯示，一種直徑100毫米的躍動(dòng)殼，成功將“種子”分散到1.5米范圍。

研究人員表示，這種無(wú)需外力、具備定時(shí)控制能力的結(jié)構(gòu)，未來(lái)在環(huán)境監(jiān)測(cè)、生物標(biāo)志物投放、軟體機(jī)器人等場(chǎng)景均有應(yīng)用潛力。