從“一千零一夜”到迪斯尼的“阿拉丁”故事中的“神奇地毯”捕捉了想象力，不僅因為它可以飛行，而且因為它還可以揮動，翻動和改變其形狀以服務(wù)其騎手。憑借這種靈感，以及在解決方案中催化化學(xué)反應(yīng)的幫助，匹茲堡大學(xué)斯旺森工程學(xué)院的一個團(tuán)隊設(shè)計了一個二維的，變形的片材，可以在充滿反應(yīng)物的液體中自動移動。

最近在美國科學(xué)促進(jìn)會期刊“ 科學(xué)進(jìn)步 ”雜志上發(fā)表了一篇文章“設(shè)計自行式，化學(xué)活性薄片：包裝機，擋板和爬行器” 。首席研究員是Anna C. Balazs，斯旺森學(xué)校的John A. Swanson主席和化學(xué)與石油工程杰出教授。主要作者是Abhrajit Laskar，共同作者是Oleg E. Shklyaev，他們都是博士后同事。

“在化學(xué)領(lǐng)域長期以來一直是創(chuàng)造一個在一個環(huán)境中自行移動的非生物物體的挑戰(zhàn)，這反過來會改變物體的形狀，使其能夠執(zhí)行全新的任務(wù)，如誘捕其他物體，”巴拉茲博士解釋。“研究人員以前在表面上制作了化學(xué)活性斑點，可以產(chǎn)生流體流動，但是流動并沒有影響貼片的位置或形狀。在我們自己的實驗室中，我們建模了球形和矩形顆粒，可以自動移動現(xiàn)在我們有了這個集成系統(tǒng)，利用化學(xué)反應(yīng)來激活流體運動，同時傳輸一個靈活的物體并“雕刻”它的形狀，這一切都是自動發(fā)生的。“

該集團(tuán)通過在柔性板上引入催化劑涂層實現(xiàn)了這種自推進(jìn)和重新配置的壯舉，該涂層大致是人類頭發(fā)的寬度。向周圍流體中添加反應(yīng)物引發(fā)地毯的運動和其形狀的變化。“據(jù)我們所知，這是第一次將這些催化化學(xué)反應(yīng)應(yīng)用于2D板材以產(chǎn)生流動，將這些板材轉(zhuǎn)化為移動的3D物體，”Balazs博士說。

此外，通過在片材的特定區(qū)域放置不同的催化劑并控制流體中反應(yīng)物的量和類型，該組產(chǎn)生了有用的催化反應(yīng)級聯(lián)，其中一種催化劑分解相關(guān)的化學(xué)物質(zhì)，然后成為下一種化學(xué)物質(zhì)的反應(yīng)物。一組催化反應(yīng)。添加不同的反應(yīng)物并設(shè)計適當(dāng)?shù)陌宀呐渲每梢赃M(jìn)行各種操作 - 在本研究中，包裹物體，進(jìn)行拍打運動，以及在表面上的障礙物上翻滾。

Shklyaev博士說：“包含這些活性薄片的微流體裝置現(xiàn)在可以執(zhí)行重要功能，例如穿梭貨物，抓住柔軟細(xì)膩的物體，甚至爬行以清潔表面。” “這些靈活的微型機器簡單地將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為自發(fā)的重新配置和運動，這使他們能夠完成有用的工作。”

Laskar博士補充說，如果將片材切成四瓣花的形狀并放置在微流體裝置的表面上，花瓣的化學(xué)成分可以“編程”以單獨打開和關(guān)閉，從而創(chuàng)建執(zhí)行邏輯的門操作，以及產(chǎn)生特定的流體流以在整個裝置中輸送顆粒。

“例如，像捕手的手套一樣，你可以利用花瓣捕捉微觀球并將其保持一段時間，然后在不同的花瓣上發(fā)起新的化學(xué)反應(yīng)，使球在它們之間移動。化學(xué)導(dǎo)向的捕獲游戲，“拉斯卡博士解釋道。“這種級別的空間和時間控制允許分階段的反應(yīng)和分析，否則你無法用不可變形的材料進(jìn)行分析。”

該小組還嘗試將催化劑放置在片材的不同部分上以產(chǎn)生特定的運動。在一個實驗中，將催化劑僅放置在片材的主體上而不是頭部和尾部，引起類似于尺inch的運動的蠕動。在另一個實現(xiàn)中，當(dāng)障礙物被放置在涂層板的前面時，它將在障礙物上翻滾并繼續(xù)移動，從而允許其穿過顛簸的地形。

“這項研究讓我們進(jìn)一步了解化學(xué)如何在微流體裝置中驅(qū)動自主，自發(fā)的驅(qū)動和運動，”Balazs博士說。“我們的下一個任務(wù)是通過使用多個工作臺的交互和自組織來探索微制造，將它們組合成專門用于執(zhí)行復(fù)雜，協(xié)調(diào)功能的架構(gòu)。此外，通過嘗試不同的刺激，如熱和光，我們可以設(shè)計移動式3D微型機器，可根據(jù)環(huán)境變化調(diào)整其形狀和動作。這種級別的響應(yīng)行為對于創(chuàng)建下一代軟機器人設(shè)備至關(guān)重要。“