科罗拉多大学以蛇皮为灵感 开发低摩擦材料

据外媒报道，科罗拉多大学研究人员领导的一个团队设计了一种新型的合成“皮肤”，光滑如蛇的鳞片。这项研究解决了工程中一个被低估的问题——摩擦。

一种新的合成“皮肤”被应用于弹性材料，并拼出了“SLIP”一词。研究人员Yifu Ding表示，许多机器，如汽车和机器人，由于部件摩擦而损失了大量能量。为了减少这种损失，他们从大自然中获得了灵感。蛇的身体足够柔软，可以扭曲成各种形状。如果需要的话，它也可以移动得很快，部分原因是它的皮肤摩擦力很低。在最新的研究中，研究人员开发了一种称为固液界面聚合的工具，该工具可以在橡胶或弹性材料等现有表面上铺设一层薄薄的皮肤，类似于蛇鳞，使原本粘稠的表面非常光滑。在许多新的工程应用中，如软机器人或可穿戴传感器，不能使用传统的液体润滑剂。相反，必须对曲面本身进行调整。这项技术可能会给需要克服摩擦和防潮性能的机器带来好消息。

上图：蛇鳞的近距离观察；下图：在显微镜下可以看到受蛇皮启发的“皮肤”。将蛇的鳞片放在显微镜下，可以看到它们是由多层组织堆叠在一起组成的。表层就像一种非常脆硬的角蛋白，我们的指甲也是由这种物质制成的；然后，鳞片将逐渐过渡到下面柔软得多的材料。这种软硬结构的结合有助于保持低摩擦，同时提供灵活性，这也是研究人员希望在实验室中复制的一个特征。该团队首先使用聚二甲基硅氧烷（PDMS）制作底层，这是一种弹性材料。然后，使用SLIP技术，在底层铺设一种薄片状的合成材料。这种方法的工作原理是将小分子混合成液膜，并利用光线使它们从悬浮液中掉出来，这有点像将豌豆放在碗汤的底部。然后，这些构建块将渗透到PDMS中，形成混合皮肤层，产生相当于蛇皮靴的实验效果。丁说，“当你触摸它时，你的手指会滑落。”研究小组进行了一系列看似简单的测试。强调混合PDMS和常规PDMS，然后将它们放置在各种斜面上。结果表明，即使在轻微的倾斜角度下，该团队的蛇皮处理的PDMS也会滑动，而普通材料仍然完好无损。研究人员王梦圆说：“PDMS真的很粘，即使你把它完全倒置，它仍然会粘在表面。”这种蛇皮状材料的摩擦力与许多陶瓷材料和光滑的金属相似。该团队表示，SLIP方法具有足够的灵活性，可以以任何形式铺设皮肤，包括拼写单词的形状。然而，在实际应用之前还有很多工作要做。

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