非晶纠缠活性物质

由软物质与活性材料构成的非晶纠缠系统的设计，有潜力开辟令人振奋的新型活性、变形及具任务能力的“智能”材料。然而，由个体粒子局域相互作用产生的全局涌现力学尚不甚明了。本研究在三个不同示例中考察非晶纠缠系统的涌现性质：一种计算机内的“smarticle”集合、其机器人物理链，以及蠕虫团块（L. variegatus）的活体纠缠聚集体。在模拟中，我们考察由动态三连杆机器人组成的集体的材料性质如何变化。我们比较了控制集体中纠缠的三种方法：外部振荡、形状改变与内部振荡。我们发现，使用形状改变方法对粒子形状作大幅度改变，相对于长宽比（l/w）产生了最高的平均纠缠数，提升了集体的抗拉强度。我们在两个实验系统中展示了这些模拟的应用：机器人链与纠缠蠕虫团块。在机器人物理模型中，我们发现受限集体在受应变时呈现涌现的拉胀行为。最后，我们展示如何通过水中环境溶解氧控制团块中个体蠕虫的活动，从而导致活体纠缠集体的复杂涌现性质，如类固体纠缠与翻滚。综上，我们的工作揭示了未来形状调制、潜在软机器人系统可动态改变其材料性质的原理，增进了我们对活体纠缠材料的理解，同时启发了新型合成涌现超级材料。