康奈爾大學的研究人員已經設計出一種方法，利用化學反應來實現微型摺紙裝置的自我折疊，使它們能夠在乾燥、室溫條件下工作。這一突破可能為創造微小的、自主的設備鋪平道路，這些設備能對其周圍的化學環境做出快速反應。

康奈爾大學領導的一項合作利用化學反應使微型摺紙機自我折疊–將它們從通常運作的液體中解放出來，因此它們可以在乾燥環境和室溫下運作。

這種方法有一天可能會發展出一個微型自主設備群體，能夠對其化學環境做出快速反應。

該小組的論文《利用超薄催化片的動力學控制的表面狀態進行氣相微動》於5月1日發表在《美國國家科學院院刊》。該論文的共同主要作者是22歲的博士鮑南琪和22歲的前博士後研究員劉慶坤。

該項目由資深作者Nicholas Abbott領導，他是康奈爾工程學院Robert F. Smith化學和生物分子工程學院的Tisch大學教授，同時還有物理學教授Itai Cohen和John A. Newman物理科學教授Paul McEuen，他們都在文理學院；以及康奈爾工程學院Samuel B. Eckert工程教授David Muller。

Abbott說：”目前已經有相當好的電能到機械能的轉換技術，如電動機，麥克尤恩和科恩小組已經用他們的機器人展示了在微觀上實現的策略，但是如果你尋找直接的化學到機械的轉換，實際上選擇非常少。”

之前的努力依賴於只能在極端條件下發生的化學反應，例如在幾百攝氏度的高溫下，而且反應往往繁瑣緩慢–有時長達10分鐘–使得這種方法對於日常技術應用不切實際。

然而，阿伯特的研究小組在審查一個催化實驗的數據時發現了某種漏洞：化學反應途徑的一小部分同時包含了慢速和快速步驟。

“如果你看一下化學執行器的反應，並不是說它從一種狀態直接進入另一種狀態。它實際上經歷了一次進入彎曲狀態的游移，一個曲率，它比兩個終端狀態中的任何一個都更極端，”Abbott說。”如果你了解催化途徑中的基本反應步驟，你可以進入並以外科手術的方式提取出快速步驟。你可以圍繞這些快速步驟操作你的化學執行器，而忽略它的其餘部分。”

研究人員需要合適的材料平台來利用這種快速動能，因此他們求助於McEuen和Cohen，他們曾與Muller合作開發了以鈦為蓋的超薄鉑金片。

該小組還與麥迪遜威斯康星大學的Manos Mavrikakis教授領導的理論家合作，他們使用電子結構計算來剖析當吸附在材料上的氫氣暴露於氧氣時發生的化學反應。

然後，研究人員能夠利用氧氣迅速剝離氫氣的關鍵時刻，使原子級薄的材料變形和彎曲，就像一個鉸鏈。該系統以每週期600毫秒的速度啟動，可以在20攝氏度–即室溫–的干燥環境中運行。

這個結果是相當普遍的，我們知道許多催化反應可以被誘發，這些反應是在各種物種的基礎上發展起來的。因此，一氧化碳、氮氧化物、氨氣：它們都是作為化學驅動執行器的燃料的候選者。

該團隊預計將該技術應用於其他催化金屬，如鈀和鈀金合金。最終，這項工作可能帶來全新的自主材料系統，其中控制電路和機載計算由材料的反應來處理–例如，一個自主化學系統，根據化學成分來調節流量。