螺旋在整個宇宙中無處不在——從最小的 DNA 分子到蕨類植物和向日葵，從指紋到星系本身。在科學中，這種結構的普遍性與簡約有關——事物將以最簡單或最經濟的方式組織起來。

匹茲堡大學和普林斯頓大學的研究人員意外地發現，這一原理也適用于一些將化學能轉化為機械作用的非生物系統——允許二維聚合物片材在不施加外力的情況下以螺旋狀螺旋上升和旋轉。工程師發現2D聚合物片材自發纏繞成自旋轉3D “跳舞”螺旋。

這種自組裝成連貫的三維結構代表了該小組在軟體機器人和化學機械系統領域的最新貢獻。

(資料圖片僅供參考)

該研究于本月發表在美國國家科學院院刊上。

通過計算建模，研究人員將無源、未涂層的聚合物片材放置在充滿液體的室內圓形催化貼片周圍。他們添加過氧化氫來引發催化反應，然后產生流體流動。雖然在解決方案中單獨一張紙不會旋轉，但多張紙會自動自組裝成塔狀結構。隨著塔的不穩定，這些薄片自發地形成了一個在流體中旋轉的交織結構。

整個事物就像一根由旋轉的錠子形成的捻線，用于制造編織纖維。沒有主軸，該系統自然形成了相互交織的旋轉結構。

進一步分析結果，研究人員發現反應物局部濃度的微小隨機波動會產生足夠的扭矩，使懸浮在流體中的四張薄片被向上拖動、纏繞和旋轉。當反應物和產物具有不同的體積時，這種相互聯系的現象會自然發生，這會在重力存在的情況下產生密度梯度。

通過創建設計規則，團隊可以增加由薄片形成的旋轉結構的復雜性。研究人員在四張紙上添加了延伸部分，形成了類似于伸出手臂的 t 形結構。

研究人員可以量化應該如何設計和排列相互關聯的表，從而使其他人能夠進一步開發更強大、可擴展的系統。此外，改變容納流體的容器的形狀——在他們的模型中是矩形的——為定制系統的動態響應提供了另一個句柄。

研究人員說，當你將化學能釋放到流體中時，它就會被轉換成機械能，從而可以執行特定的動作。雖然這個過程會消耗能量，但只需添加少量的反應物就會重新激活它，該研究的下一階段是對被動和主動薄片進行編程，以形成其他交織的三維結構，現在研究人員知道如何控制它們的反應。獲 取 更多前沿科技研究 進展訪問：https://byteclicks.com

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關鍵詞： 研究人員 三維結構 旋轉結構