研究人员探索了使用精心控制的液滴作为制造柔软仿生结构的方法

突然出现在房子的油漆上通常会让人看到罐子的内部。但普林斯顿大学的研究人员已经将目光转向了盖子的底部，在那里，液滴图案可以激发制造微观结构的新方法。

诀窍是控制液滴，液滴是在重力和表面张力的竞争影响下形成的。10月26日发表在《自然通讯》杂志上的一项新研究解释了如何更深入地了解这些高度动态且有时不稳定的力，以便廉价而快速地制造通常需要更昂贵和耗时的过程的物体。“我们已经废除了模具，”普林斯顿大学化学和生物工程助理教授、这项研究的首席研究员皮埃尔-托马斯布伦说。“我们不需要洁净室或任何花哨的设备，因此工程师在设计过程中有更多的自由。”

研究小组使用医疗设备中常见的硅胶，在一个光盘大小的盘子上倒一层薄薄的液体薄膜，然后在薄膜固化的同时将其倒置几分钟。在没有干预的情况下，液体硅胶凝结成不规则的液滴阵列——就像盖子下面的颜料一样。然而，通过以数学精度蚀刻印刷版，并用激光切割标记，研究人员将这些水滴“播种”成完美的六边形网格，每个网格都具有统一的大小。普林斯顿大学博士后研究员、论文第一作者乔尔马塞洛(Joel Marcello)说，“重力想把液体拉下来。”毛细作用力要求最小的表面变形。所以这两种力量之间存在竞争，产生了结构的长度尺度。”

更复杂的实验版本使用离心机而不是重力，这允许团队在不确定的范围内改变液滴大小。在这个版本中，他们使用的塑料圆筒看起来像一个透明的冰球，而不是一个盘子。多余的液体旋转出来，留下可预测的固化液滴图案。这种技术可以达到它的机械极限，得到的结构晶格约为10微米，是人类头发宽度的一小部分。这些结构是原型，模拟了智能手机中常见零件的软镜片。“旋转速度越快，水滴就会越小，”Marthelot说，他指出，他们能够制造的结构甚至比迄今为止的结构都要小。“我们真的不知道我们技术的极限。只有离心机的极限。”

根据Brun的说法，导致这种行为的机械不稳定性通常被工程师视为祸根。它们是决定重量负荷或热容量的物理阈值。“在这种情况下，”他说，“我们利用了通常被认为是不好的东西。我们驯服它，并通过将它转化为制造业让它发挥作用。”

研究人员表示，这项技术可以很容易地扩展到大规模生产。随着他们方法的发展，他们计划创造仿生设备，如模仿昆虫眼睛的充气复合透镜，或可用于医疗技术的软机器人。麻省理工学院数学副教授rnDunkel表示，“人们可以想象广泛的潜在未来应用，从减阻或超疏水表面到微透镜和人工纤毛地毯。”除了Brun和Marthelot，另外两位研究人员也对这项研究做出了贡献：Elizabeth Strong，以前是麻省理工学院的学生，现在是一名医生。科罗拉多大学博尔德分校候选人；和洛桑联邦理工学院的Pedro M. Reis。

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