研究人员将“合成皮肤”应用于一种弹性材料上，拼写出了单词“SLIP”。
蛇皮近景。
显微镜下的“合成皮肤”。
phys.org网站当地时间3月3日报道，美国科罗拉多大学博尔德分校（UCB）的研究人员在《ACS应用材料与界面》杂志中发文公布了一种新型“人造皮肤”，这种材料像蛇的鳞片表面一样光滑。该成果有望解决工程中被低估的摩擦问题。
论文作者Yifu Ding教授指出，机器人、汽车等工具每天仅因部件摩擦，就会损失巨大的能量。为解决这一问题，研究小组决定从大自然中寻找线索，他们重点关注了那些“滑溜溜的”生物。“蛇的身体非常柔软，它可以将自己扭曲成各种形状。”Ding教授说，“在必要的时候，它也可以快速移动，部分原因在于它的皮肤摩擦非常小。”
在这项新研究中，Ding教授开发了一种固液界面聚合（SLIP）工具，这种工具能帮助他们在已有的弹性材料表面上，覆盖一层薄薄的合成皮肤。这种“蛇皮材料”可以让高摩擦表面变得非常光滑。蛇皮材料对于受困于摩擦，但又不能应用润湿降阻的机器来说，是巨大的福音。Ding教授说：“软机器人或可穿戴传感器等新应用无法适应传统的液体润滑剂。工程师们只能从表面性质着手，通过改变其表面特性，降低摩擦力。”
不论是有条纹的束带蛇，还是亮绿色的蔓蛇，它们的低摩擦特性都与鳞片有关。如果在显微镜下观察鳞片结构，会发现它们由多层组织叠加而成。“最上面一层就像角蛋白，人类的指甲就是由角蛋白组成的。”Ding教授说，“最上层又脆又硬。自上而下，坚硬的鳞片逐渐向柔软组织过渡。”这种“硬上软下”的组合，让蛇能够在保持较低摩擦力的同时维持柔韧性。这也是研究人员希望在实验室复制的特性。研究人员用SLIP技术，在常用弹性材料聚二甲基硅氧烷（PDMS）上覆盖了一层轻薄的、鳞片状合成材料。Ding教授说：“这就像给基材套上了一双光滑的蛇皮靴子。”
研究人员对蛇皮材料的性能进行了一系列简单的实验。他们在蛇皮材料覆盖的PDMS和普通PDMS上加载了重物，然后放置在倾斜的表面上。结果表明，即使在轻微倾斜的坡上，前者也能滑动，而后者几乎纹丝不动。研究人员还发现，蛇皮材料表现出与多种陶瓷材料和金属材料相似的摩擦特性。Ding教授说，SLIP技术足够灵活，能将蛇皮材料覆盖在任何形状上。不过，在将蛇皮材料真正应用于机器人关节之前，研究人员还有许多工作要做。
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编译：雷鑫宇
审稿：西莫
责编：陈之涵
期刊来源：《应用材料与界面》
期刊编号：1944-8244
原文链接：
https://phys.org/news/2021-03-snakeskin-friction-reducing-material.html
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