《Nat. Comput. Sci.》封面：“拿捏得穩穩的”
2022-10-26 來源：高分子科技
研究人員發現自然失水的果實（如百香果）表面會出現一系列復雜的褶皺形貌演化（圖1(a)-(d)）：收縮變形后，核殼表面首先失穩為巴基球（周期性六邊形和五邊形）模態，進而轉變為手性形貌，且相鄰的手性胞元可進一步協同作用，導致對稱破缺而形成兩種手性拓撲網絡。為理解其內在的物理力學機制并定量預測大變形形貌演化，研究人員發展了一種核殼模型并推導出普適的標度律關系，可定量預測臨界巴基球失穩和二次分岔手性拓撲行為。理論預測、數值計算與實驗結果一致（圖1(e)-(h)）。
圖1. 失水百香果形貌演化：(a)-(d)實驗觀察，(e)-(h)理論預測。
受自然啟發，研究人員進一步通過空腔硅膠軟球抽氣收縮實驗再現了巴基球模態向手性形貌的轉變，并進一步通過在空腔硅膠軟球表面施加局部擾動實現了六邊形到手性網絡模態轉變的局部可調控性與自適應性，揭示了手性形貌的局部擾動自適應性可以有效且穩定地抓取各種形狀、材料和軟硬的物體，創制了一種基于手性形貌的自適應曲面軟抓手（圖2，視頻2）。研究結果不僅為大變形球殼表面手性褶皺形貌的生成演化機制給出了系統解釋，還為通過利用曲面幾何實現豐富的多功能表面形貌提供了新思路。
圖2. 目標自適應軟抓手對各種幾何形狀、大小、材料和軟硬的物體可實現有效抓取。六邊形模態向手性模態的擾動敏感性轉變有助于不同目標物體的智能抓取。
該研究由復旦大學徐凡教授課題組與清華大學馮西橋教授合作完成。徐凡教授是論文的第一作者和通訊作者，馮西橋教授是論文的共同通訊作者。復旦大學航空航天系研究生黃陽超和趙世晨是論文的合作者。研究得到國家自然科學基金委、上海市基礎研究特區計劃、上海市科委、上海市教委和復旦大學等資助。復旦大學徐凡教授課題組長期招聘博士后和博士生（詳見http://morphomech.com/position），歡迎有意向者聯系。
原文鏈接：https://www.nature.com/articles/s43588-022-00332-y
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（責任編輯：xu）
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