Инженеры из Университета Колорадо в Боулдере разработали новую резиноподобную пленку, которая может прыгать высоко в воздух, как кузнечик — и все это самостоятельно, без постороннего вмешательства. Просто нагрейте ее и смотрите, как она прыгает! Исследователи описали свое достижение 18 января в журнале Science Advances. Они говорят, что подобные материалы однажды помогут создать «мягких роботов» (тех, которым для движения не нужны шестеренки или другие жесткие компоненты) для прыжков или подъема. По словам соавтора исследования Тимоти Уайта, композитный материал ведет себя примерно так же, как кузнечики прыгают, накапливая и высвобождая энергию в своих лапках.
Новое исследование использует преимущества необычного поведения класса материалов, называемых жидкокристаллическими эластомерами. Эти материалы представляют собой твердые и растяжимые полимерные версии жидких кристаллов, используемых в ноутбуках и телевизионных экранах. В ходе исследования группа специалистов изготовила небольшие пластины жидкокристаллических эластомеров размером с контактную линзу, затем поместила их на горячую плиту. Когда эти пленки нагревались, они начинали деформироваться, образуя конус, который поднимался вверх, пока внезапно и взрывообразно не выворачивался наизнанку — всего за 6 миллисекунд материал поднимался на высоту, почти в 200 раз превышающую его собственную толщину.
Случайное открытиеХебнер, которая сейчас является постдоком в Орегонском университете, обнаружила это прыгающее поведение почти случайно. Она экспериментировала с различными видами жидкокристаллических эластомеров, чтобы увидеть, как они меняют свою форму при изменении температуры. Джозель Маккракен, старший научный сотрудник лаборатории Уайта, присоединилась к ней для наблюдения.
С помощью тщательных экспериментов и помощи коллег из Калифорнийского технологического института команда обнаружила, что именно заставляет их материал совершать высокие прыжки. Уайт объяснил, что каждая из этих пленок состоит из трех слоев эластомера. По его словам, эти слои сжимаются при нагревании, но два верхних слоя сжимаются быстрее, чем нижний. Это несоответствие в сочетании с ориентацией молекул жидкого кристалла внутри слоев приводит к тому, что пленка сжимается и образует форму конуса. Это похоже на то, как окрашенные виниловые панели могут деформироваться под воздействием солнечных лучей. По мере формирования конуса в пленке нарастает напряжение, пока в один момент не раздается щелчок! Конус переворачивается, ударяя по поверхности и поднимая материал вверх. Одна и та же пленка может прыгать несколько раз, не изнашиваясь. Прыжки впередЖидкокристаллические эластомеры являются универсальными. Исследователи могут настраивать свои пленки так, чтобы они прыгали, например, при охлаждении, а не при нагревании. Они также могут снабдить пленки ножками, чтобы заставить их прыгать в определенном направлении. Большинство роботов, вероятно, не смогут использовать такой эффект подпрыгивания, чтобы заставить свои части двигаться. Но Уайт сказал, что проект показывает, на что могут быть способны подобные материалы — накапливать внушительное количество упругой энергии, а затем высвобождать ее одним махом. И, по словам Хебнер, проект привнес в лабораторию немного радости.
Кузнечики, познакомьтесь со своим новым конкурентом. 19.01.2023 |
Хайтек
Созданы чернила для 3D-печати гибких устройств без механических соединений | |
Для инженеров, работающих над мягкой робо... |
Инструмент прогнозирования ускорит исследования в области сверхпроводников | |
Функциональность многих современных передовых ... |
В MIT разрабатывают бытовых роботов, наделенных здравым смыслом | |
С помощью большой языковой модели инженеры Мас... |
В двумерных сверхпроводниках открыта незаметная квантовая критическая точка | |
Слабые флуктуации в сверхпроводимости, яв... |
Роняйте на здоровье. Разработан материал для электроники с адаптивной прочностью | |
Неприятности случаются каждый день, и есл... |
2-фотонная фотоэмиссионная спектроскопия помогла понять поведение электронов | |
Органическая электроника — область,... |
Печатный полимер позволяет изучить хиральность и спины при комнатной температуре | |
Печатаемый органический полимер, который при&n... |
Nature Communications: Открыто революционное явление в жидких кристаллах | |
Исследовательская группа, работающая в UN... |
PRL: Ученые продвинулись в управляемом ускорении электронов в микромасштабе | |
Исследователи из Стэнфорда приблизились к... |
Physical Review Applied: Ниобий воскресили для квантовых технологий | |
Когда речь заходит о сверхпроводящих куби... |
Optica Quantum: Ученые разработали новый метод определения квантовых состояний | |
Ученые из Университета Падерборна примени... |
Физики впервые услышали звуки "схлопывания" тепла в сверхтекучей жидкости | |
В большинстве материалов тепло предпочитает ра... |
Nature Communications: Ученые придумали, как защитить золотые катализаторы | |
Впервые исследователи, в том числе и... |
Nature Photonics: Поставлен рекорд эффективности первоскитовых светодиодов | |
Используя простой метод solvent sieve, исследо... |
Создан новый сверхпроводник из иридия, циркония и платины с хиральной структурой | |
Исследователи из Токийского университета ... |
Nature Communications: Совершен прорыв в создании квантовых материалов | |
Исследователи из Калифорнийского универси... |
В Японии робота с живыми мышцами научили ходить под водой — на суше он высохнет | |
Исследователи из Токийского университета ... |
PNAS: Клеточный каркас разобрали на микроскопические пути | |
Исследователи из Принстона применили спле... |
Создано доступное и экологичное решение для плоских дисплеев и носимой техники | |
Исследовательская группа под руководством... |
Разработан экологичный способ производства проводящих чернил для электроники | |
Исследователи из Университета Линчепинга,... |
AFM: Ученые разрабатывают технологию интеграции искусственных нейронных сетей | |
С появлением таких новых отраслей, как ис... |
Детекторы космических лучей для TAIGA- Muon запустят в серию в ТПУ | |
Ученые из Томского политехнического униве... |
Physical Review Letters: Открыт материал с большим невзаимным поглощением света | |
В основе глобальной интернет-связи лежит оптич... |
Создан новый держатель образцов для измерения температур в сверхмалом диапазоне | |
Группа специалистов из Helmholtz-Zentrum ... |
Applied Surface Science: Открыт путь к мемристорам нового поколения | |
Мемристорные устройства представляют собой кат... |
Frontiers of Optoelectronics: Прогресс в области двумерных полупроводников | |
Замещающее легирование чужеродными элементами ... |
eLight: Разработан подход для создания сверхчувствительных сенсоров | |
Датчики — важнейшие инструменты для... |
Монополи фазы Берри применили для создания высокотемпературных спинтроников | |
Спинтроники — это электронные ... |
Создан новый подход для разработки новых оптических устройств для биомедицины | |
Интегрированные сети распределения, обработки ... |
LAM: Создано устройство, способное произвести революцию в использовании света | |
Жидкокристаллические, или ЖК, фазовые мод... |