在一個偶然的發現中，科羅拉多大學博爾德分校（CU Boulder）的工程師們開發了一種材料，當它被加熱時，首先變形，然後射向空中。研究人員說，這種材料有朝一日可以用來幫助軟體機器人跳躍或舉起物體。

作為一項研究的一部分，在2022年獲得科羅拉多大學博爾德分校化學和生物工程博士學位的研究員Tayler Hebner和她的同事正在研究一類被稱為液晶彈性體的材料在受熱時的不同行為方式。這些材料是筆記本電腦屏幕或電視等顯示器內部使用的液晶的凝固和彈性版本，甚至有一天可能被用於擋風玻璃，以保護飛行員不會被惡意的激光指示器照射到失明。

“我們只是看著液晶彈性材料坐在熱板上，想知道為什麼它沒有做出我們預期的形狀，”Hebner說。”它突然從測試台上跳到檯面上。我們倆只是互相看著對方，有點困惑，但也很興奮。”

與加州理工學院的同事進行的進一步調查顯示，造成這種跳躍行為的原因是，這種大約只有隱形眼鏡大小的薄膜由三層組成。當加熱時，前兩層比底層收縮得更快，導致它形成一個圓錐體形狀。最終由於張力的積聚，圓錐體倒轉，撞擊到它被加熱的表面並折斷到空中。在測試中，研究人員發現，在短短六毫秒內，薄膜可以飆升至其厚度的近200倍。

研究報告的共同作者、科羅拉多大學博爾德分校化學和生物工程教授蒂莫西-懷特說：”當這種反轉發生時，材料就會折斷，就像孩子的爆竹玩具一樣，它從表面躍起。在這方面，這項研究與2020年在哈佛大學進行的研究相呼應，在該研究中，一個爆裂玩具的設計激發了一種執行裝置，有朝一日可能會幫助軟體機器人穿越艱難的地形。”

研究人員將影片中的動作與蚱蜢實現其令人印象深刻的跳躍展示的方式相比較，並認為它也可能在軟體機器人的發展中佔有一席之地–那些在沒有金屬或其他硬質材料的情況下運作的機器，如那些利用光和磁場像人類一樣快速行走的機器。

“在自然界中，像蚱蜢的腿這樣的很多適應性都是利用儲存的能量，例如彈性不穩定，”懷特說，”我們正試圖創造模仿這些自然特性的合成材料。”

作為揭開正在使用的薄膜結構的一部分，研究小組發現，他們的材料也可以通過冷卻而不是加熱來使其跳躍。他們還說，通過在薄膜上添加腿，該材料可以獲得方向控制。雖然研究小組承認這種材料可能不會成為軟體機器人的主要運動來源，但他們覺得這一發現有助於增加關於如何使這些創新機器更好地運作的知識，因為它顯示了材料在某些條件下儲存然後釋放能量的潛力。這是一個有力的例子，說明我們研究的基本概念如何能夠轉化為以復雜和驚人方式執行的設計。

這項研究已經發表在《科學進展》雜誌上。