美国哈佛大学的Jackson Wilt研究团队受甲虫于水面上以及Cheerios谷物在碗中聚集的现象的启发，利用表面张力相关的技术开发了微型浮动机器人。相关研究结果11月24日公布于预印本平台arXiv。
当低表面张力的液体迅速扩散到高表面张力液体表面时，会产生马拉高尼效应。小黑突眼隐翅虫利用这一效应，通过自身分泌一种名为 stenusin 的哌啶生物碱分子，从而能迅速在池塘表面移动。同样，这种效应也被用于肥皂驱动的玩具船。
为研究这一现象如何能够被工程师应用，研究团队3D打印了直径约一厘米的圆形塑料游标。每个游标内部有一个用于浮力的空气腔和微型燃油箱，后者的表面张力低于水且含有10%至50%浓度的酒精。酒精会逐渐从游标中流出，推动其在水面上移动。
研究团队选择使用酒精作为燃料，因为酒精会蒸发，而不像肥皂那样最终污染水体并破坏马拉高尼效应。研究发现，酒精浓度越高，推动效果越好。Wilt表示，“使用啤酒效果将会比较差。伏特加可能是最好的选择。如果用苦艾酒……你会得到很强的推动力。”在峰值速度下，这些机器人能以每秒6厘米的速度移动，有些实验中的游标能够持续推进长达500秒。
通过打印具有多个燃料出口的游标并将它们粘在一起，研究人员还可以开发出更大的装置，这些装置可以在水面上沿着宽广的曲线运动或原地旋转。利用多个游标，研究团队还研究了“Cheerios效应”——即谷物或其他类似的漂浮物体聚集在一起的现象，其原因在于它们在液体中形成了弯曲表面，而这些弯月面彼此吸引。
Wilt指出，这些3D打印装置可用于教育领域，能够帮助学生直观理解与表面张力相关的概念，但如果设计得更加复杂和精巧，也可以应用于环境或工业领域。例如，如果存在一种既能作为合适燃料又需要分散到环境中的物质，这些机器人可以自动将其分布开来。
“如果你有一片水域需要释放某种化学物质，并希望将其更均匀地分布，或者你需要在某个化学过程中逐渐沉积某种材料，那么这些装置都可能派上用场。”Wilt说
（杜珊妮）
相关论文信息：
https://doi.org/10.48550/arXiv.2411.16011
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