科罗拉多大学以蛇皮为灵感 开发低摩擦材料

据国外媒体报道，由科罗拉多大学(CU Boulder)研究人员领导的一个团队设计了一种新的合成“皮肤”，它像蛇的鳞片一样光滑。这项研究解决了一个工程上尚未完全理解的问题——摩擦。

一种新的合成“皮肤”被应用到弹性材料上，并拼写出“SLIP”一词。(来源:科罗拉多大学)

丁一夫研究员表示，很多机器，比如汽车、机器人，都会因为零部件的摩擦而损失大量的能量。为了减少这种损失，他们从大自然中获得了灵感。“蛇的身体很柔软，可以扭曲成各种形状。如果有必要，它也可以非常快速地移动，部分原因是它的皮肤摩擦力非常小。”

在最新的研究中，研究人员开发了一种叫做固液界面聚合(SLIP)的工具，它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，看起来像蛇鳞，使原本粘稠的表面变得非常光滑。

在许多新的工程应用中，如软机器人或可穿戴传感器，传统的液体润滑剂无法使用。相反，表面本身必须调整。这项技术可能会给需要克服摩擦和潮湿的机器带来好消息。

上图:近距离观察蛇鳞；下图:显微镜下看到的以蛇皮为灵感的“皮肤”。

把蛇的鳞片放在显微镜下，我们可以看到它们是由许多层组织堆叠在一起组成的。最上层就像是非常脆硬的角蛋白，我们的指甲也是由这种物质构成的；然后，鳞片会逐渐过渡到下面柔软得多的材质。这种软硬结构的结合有助于在保持低摩擦的同时提供灵活性，这也是研究人员希望在实验室中复制的特性。

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，通过滑移技术在底层上铺设一层薄的鳞片状合成材料。这种方法的工作原理是将小分子混合成液膜，利用光使其从悬浮液中析出，有点像豌豆沉入一碗汤的底部。然后，那些积木会渗透到PDMS，形成混合皮层，产生相当于蛇皮靴子的实验效果。丁说:“一摸，手指就滑。”

研究小组进行了一系列看似简单的测试。给混合的PDMS和普通PDMS增加重量，然后把它们放在不同的斜面上。结果显示，即使在轻微的倾斜角度下，该团队的蛇皮处理的PDMS也会下降，而普通材料则完全不会移动。研究员王梦媛说:“PDMS真的很粘。即使你把它倒过来，它仍然会粘在表面上。”

这种类似蛇皮的材料与许多陶瓷材料和光滑金属的摩擦相似。该团队表示，SLIP方法足够灵活，可以以任何形式铺设皮肤，包括拼写单词的形状。但是，在实际应用之前还有很多工作要做。据国外媒体报道，由科罗拉多大学(CU Boulder)研究人员领导的一个团队设计了一种新的合成“皮肤”，它像蛇的鳞片一样光滑。这项研究解决了一个工程上尚未完全理解的问题——摩擦。

一种新的合成“皮肤”被应用到弹性材料上，并拼写出“SLIP”一词。(来源:科罗拉多大学)

丁一夫研究员表示，很多机器，比如汽车、机器人，都会因为零部件的摩擦而损失大量的能量。为了减少这种损失，他们从大自然中获得了灵感。“蛇的身体很柔软，可以扭曲成各种形状。如果有必要，它也可以非常快速地移动，部分原因是它的皮肤摩擦力非常小。”

在最新的研究中，研究人员开发了一种叫做固液界面聚合(SLIP)的工具，它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，看起来像蛇鳞，使原本粘稠的表面变得非常光滑。

在许多新的工程应用中，如软机器人或可穿戴传感器，传统的液体润滑剂无法使用。相反，表面本身必须调整。这项技术可能会给需要克服摩擦和潮湿的机器带来好消息。

上图:近距离观察蛇鳞；下图:显微镜下看到的以蛇皮为灵感的“皮肤”。

把蛇的鳞片放在显微镜下，我们可以看到它们是由许多层组织堆叠在一起组成的。最上层就像是非常脆硬的角蛋白，我们的指甲也是由这种物质构成的；然后，鳞片会逐渐过渡到下面柔软得多的材质。这种软硬结构的结合有助于在保持低摩擦的同时提供灵活性，这也是研究人员希望在实验室中复制的特性。

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，通过滑移技术在底层上铺设一层薄的鳞片状合成材料。这种方法的工作原理是将小分子混合成液膜，利用光使其从悬浮液中析出，有点像豌豆沉入一碗汤的底部。然后，那些积木会渗透到PDMS，形成混合皮层，产生相当于蛇皮靴子的实验效果。丁说:“一摸，手指就滑。”

研究小组进行了一系列看似简单的测试。给混合的PDMS和普通PDMS增加重量，然后把它们放在不同的斜面上。结果显示，即使在轻微的倾斜角度下，该团队的蛇皮处理的PDMS也会下降，而普通材料则完全不会移动。研究员王梦媛说:“PDMS真的很粘。即使你把它倒过来，它仍然会粘在表面上。”

这种类似蛇皮的材料与许多陶瓷材料和光滑金属的摩擦相似。该团队表示，SLIP方法足够灵活，可以以任何形式铺设皮肤，包括拼写单词的形状。但是，在实际应用之前还有很多工作要做。

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