一、受蜜射器【导读】

倾轧异物的蜂梳做作概况无处不在，对于生物体至关紧张。开辟颗粒尽管良多生物体在概况能的刚度梯度淘驱动下具备显明的液体倾轧性，但倾轧概况重大固体颗粒的汰弹情景却很少见。来自香港理工大学王钻开教授、用于中山大学吴嘉宁副教授团队成以增强惯性输入至可克制原本宏不雅尺度下占主导的固体粘附力，进而实现固体颗粒倾轧。倾轧

在作者的质料钻研中，蜂梳运用刚度梯度淘汰的受蜜射器弹射效应增强惯性输入，以克制宏不雅尺度上占主导熏染的蜂梳粘附力，从而倾轧粘附在概况的开辟颗粒固体颗粒。进一步研制了仿生刚度梯度弹射器，刚度梯度淘并在太阳能板清洁测试中验证了其普适性与适用性，汰弹为开拓仿生异质质料、用于基于弹射效应的软致动器以及新型清洁机械人提供了新的仿生灵感。

二、【下场掠影】

钻研团队经由纳米压痕测试表明，梳子的刚度梯度逾越近两个数目级，从尖真个约 25 MPa 事实部的约 645 MPa。这种刚度梯度淘汰了弹射效应，使梳子可能发生淘汰的惯性输入，克制了最后占主导位置的粘附力，从而击退粘附的花粉以及灰尘。钻研团队还开拓了一种弹性仿生刚度梯度弹射器，并揭示了其在实际运用中的后劲。相关钻研下场以“Honeybee comb-inspired stiffness gradient-amplified catapult for solid particle repellency”为题宣告在国内驰名期刊Nature Nanotechnology上。

三、【中间立异点】

一、初次报道了蜂梳上的弹射驱动的固体颗粒倾轧天气，揭示了刚度梯度淘汰的弹射效应，以增强惯性输入至可克制原本宏不雅尺度下占主导的粘附力，进而实现固体颗粒倾轧。

二、作者运用传统平均妄想中不可能实现的固体倾轧性，构建了弹性仿生刚度梯度弹射器，并与太阳能板相散漫，证明了其在构建自清洁零星以用于大型根基配置装备部署自呵护的普适性及适用性。

四、【数据概览】

图1 蜂梳的固体倾轧天气 © Springer Nature 2023

（a）蜜蜂在觅食时用前腿梳理触角

（b）蜜蜂天线清洁器的 SEM 图像

（c）由密集部署的毛发组成的半圆形梳子的 SEM 图像

（d）-（e）蜂巢固体倾轧天气的光学图像以及展现图

（f）梳理被25 μm颗粒传染的触角后，梳子概况简直未受传染

（g）倾轧颗粒以及粘附颗粒的比例

（h）丈量服从与基于重力的预料之间的粒子速率比力

图2 弹射驱动固体倾轧性的关键要求 © Springer Nature 2023

（a）液体倾轧性以及固体倾轧性的比力

（b）弹射器驱动的固体倾轧历程中的受力合成

（c）直径dp以及附着力Fa以及惯性力Fi之间的关连

（d）固体倾轧性所需的临界减速率a以及直径dp的关连

图3 刚度梯度淘汰弹射效应 © Springer Nature 2023

（a）蜂巢中从柔软尖端到安定底座的刚度梯度

（b）沿别致梳毛丈量杨氏模量

（c）梳毛尖真个刚度梯度系数δ以及最大减速率a以及临界直径dp的关连

（d）刚度梯度系数δ增强了弹功能量贮存以及能量转换光阴之间的关连

（e）梳毛的位置依赖的固体倾轧功能

（f）刚度梯度以及空间位置影响下的固体倾轧性的相图

图4 刚度梯度淘汰弹射机构在固体倾轧中的运用 © Springer Nature 2023

（a）仿生 SGC 以及具备平均刚度的比力样品的杨氏模量

（b）基于SGC的机械人以及太阳能电池板组成的自清洁太阳能零星的光学图像

（c）基于SGC的机械人与操作样本之间的最大减速率以及倾轧分数的比力

（d）接管基于SGC的机械人的零星可能发生比未受传染的零星更高的电力输入，而且远高于操作样本

五、【总结】

总之，钻研职员证实，蜂梳展现为一个微型弹射器，运用刚度梯度淘汰的弹射机制来倾轧粘附在概况的固体颗粒。基于这一固体倾轧机制研发的仿生清洁器可用于太阳能板等户外根基配置装备部署的自动呵护，极大节约人力老本。这一使命也可为生物质料、功率调制以及能量转换等规模提供仿生灵感。首先，这一软尖到硬基的刚度梯度也见于昆虫腿的粘附妄想，可能后退粘附熏染。蜂梳既需要将花粉从触角下来除了又需要倾轧附着的花粉，因此在用质料梯度来增强粘附性以及增强倾轧性之间存在掂量，值患上进一步钻研。其次，尽管可调节功率输入的弹射机制已经在生物体中普遍展现，但进一步后退功率输入个别需要运用多个弹射器，此使命提出的刚度梯度淘汰的弹射机制提供了一种不需要削减格外组件的替换妄想。最后，这一经由刚度梯度弹射器将弹功能转化为动能的生物学见识也加深了咱们对于做作界中高效力量转换的清晰，并为开拓仿生异质质料以及功率淘汰零星提供了妄想思绪。

原文概况：

Honeybee comb-inspired stiffness gradient-amplified catapult for solid particle repellency. Nat. Nanotechnol.  DOI: 10.1038/s41565-023-01524-x

本文由尼古拉斯供稿。