由伏特加驱动的机器人利用麦片启发的物理学原理进行运动
在我们所见过的最奇特的科学演示中,研究人员从在麦片中观察到的一种现象中获得灵感,创造出了由伏特加驱动的微型机器人。 目前这只是一个概念验证,但研究小组表示,这些机器人有可能被用于环境清理或工业流程。
这些机器人是由哈佛大学杰克逊-威尔特领导的团队开发的。 据《新科学家》杂志报道,他们使用宽约一厘米的 3D 打印塑料球进行实验,每个塑料球都包含一个浮力气室和一个微型燃料箱。 但他们在燃料箱中注入的不是传统燃料,而是浓度从10%到50%不等的酒精。
当把一颗小冰球放入水中时,酒精逐渐渗出,引发了所谓的马兰戈尼效应。 当表面张力较低的流体在表面张力较高的流体上迅速扩散时,就会产生这种效应。 当表面张力较低的酒精在水面上扩散时,就会推动小机器人穿过水面。
这种现象与某些种类的甲虫在水面上滑行的现象相同。 不过,它们使用的不是酒精,而是能起到表面活性剂作用的特殊分泌物,这种分泌物能推动甲虫前进。
伏特加的问题在于,与啤酒等其他酒类相比,它的价格较高。 不过,正如《新科学家》杂志所指出的,选择更烈的饮料也是一种选择。
维尔特指出,酒精浓度越高,作为燃料的效果就越好,可以获得更大的推进力。 事实上,在一些实验中,冰球以大约 6 厘米/秒的峰值速度前进了长达 500 秒。
肥皂是另一种候选物质。 不过,酒精比肥皂更好,因为酒精在推动机器人后就会蒸发,而不会污染和破坏马兰戈尼效应所需的水面。
在掌握了基础知识后,研究小组通过在冰球上3D打印多个燃料出口并将它们连接在一起,创建了更复杂的机器人组件。 这样,机器人就能追踪出弯曲的路径或快速旋转。 使用多个机器人还有助于展示"芝士麦片效应"--漂浮物因其在水面上形成的曲面吸引力而聚集在一起。
这些实验现在看起来似乎是有趣的新奇事物,但研究人员认为这些机器人可以有严肃的应用前景。 威尔特表示,它们有可能被用于在水体中均匀地分散物质,以进行环境修复或某些需要定时分配物质的工业流程。
这些机器人还可以用作教育工具,让学生通过动手操作来学习表面张力等概念。