刚度梯度弹射器

弹射固体颗粒

模仿蜜蜂梳毛的刚度梯度设计，使微小固体颗粒的惯性克服粘附，实现瞬间弹射排斥。

张维 · 蒋伟 · 张超 · Qin, Xuezhi · Zheng, Huanxi · 徐王淮 · Cai, Miaomiao · 王斌 · 吴嘉宁 · 王钻开

Nature Nanotechnology 2023

具体参数

梳毛长度

{'zh': '38', 'en': '38'} μm

尖端刚度

{'zh': '25', 'en': '25'} MPa

基部刚度

{'zh': '645', 'en': '645'} MPa

技术优势

弹射固体颗粒

通过刚度梯度放大能量存储与转换，使颗粒惯性超过粘附力，实现传统均匀设计无法实现的固体排斥。

刚度跨度近两数量级

从尖端约25 MPa到基部约645 MPa的梯度设计，显著增强弹性储能，为弹射提供充足动能。

弹性体即可实现

研究者用弹性体复制了该弹射器，证明原理具有普适性和实用性，不依赖特殊材料。

应用场景

• 自清洁表面：无需液体或外力，即可弹走表面固体污染物。
• 弹射致动器：利用刚度梯度储能，实现快速弹射动作。
• 机器人清洁器：为机器人提供主动弹射除尘的新机制。
• 梯度功能材料：展示刚度梯度如何改变力学响应，用于设计新型功能材料。