自组装、互锁线：无需机器即可自动纺纱

螺旋在整个宇宙中无处不在——从最小的 DNA 分子到蕨类植物和向日葵，从指纹到星系本身。在科学中，这种结构的普遍性与简约有关——事物将以最简单或最经济的方式组织起来。

匹兹堡大学和普林斯顿大学的研究人员意外地发现，这一原理也适用于一些将化学能转化为机械作用的非生物系统——允许二维聚合物片材在不施加外力的情况下以螺旋状螺旋上升和旋转。工程师发现2D聚合物片材自发缠绕成自旋转3D “跳舞”螺旋。

这种自组装成连贯的三维结构代表了该小组在软体机器人和化学机械系统领域的最新贡献。

该研究于本月发表在美国国家科学院院刊上。

通过计算建模，研究人员将无源、未涂层的聚合物片材放置在充满液体的室内圆形催化贴片周围。他们添加过氧化氢来引发催化反应，然后产生流体流动。虽然在解决方案中单独一张纸不会旋转，但多张纸会自动自组装成塔状结构。随着塔的不稳定，这些薄片自发地形成了一个在流体中旋转的交织结构。

整个事物就像一根由旋转的锭子形成的捻线，用于制造编织纤维。没有主轴，该系统自然形成了相互交织的旋转结构。

进一步分析结果，研究人员发现反应物局部浓度的微小随机波动会产生足够的扭矩，使悬浮在流体中的四张薄片被向上拖动、缠绕和旋转。当反应物和产物具有不同的体积时，这种相互联系的现象会自然发生，这会在重力存在的情况下产生密度梯度。

通过创建设计规则，团队可以增加由薄片形成的旋转结构的复杂性。研究人员在四张纸上添加了延伸部分，形成了类似于伸出手臂的 t 形结构。

研究人员可以量化应该如何设计和排列相互关联的表，从而使其他人能够进一步开发更强大、可扩展的系统。此外，改变容纳流体的容器的形状——在他们的模型中是矩形的——为定制系统的动态响应提供了另一个句柄。

研究人员说，当你将化学能释放到流体中时，它就会被转换成机械能，从而可以执行特定的动作。虽然这个过程会消耗能量，但只需添加少量的反应物就会重新激活它，该研究的下一阶段是对被动和主动薄片进行编程，以形成其他交织的三维结构，现在研究人员知道如何控制它们的反应。获 取 更多前沿科技?研究 进展访问：https://byteclicks.com

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