如果有科幻电影导演在寻找如何描绘微小的外星机器人生命形式的灵感,他们只需看看由保加利亚、波兰、英国和中国科学家团队创造的那些机器人就行了。

这些结构最初是漂浮在水中的直径约20-40μm的无害油滴,当冷却到2-8°C时,即使它们没有冻结,也会呈现出多面晶体状。然后事情就变得很奇怪了。

一些粒子的面增大,而另一些则缩小,产生了各种几何形状,如风筝、等腰三角形和尖状四面体。然后,从一些尖锐的角落里冒出触须状的线,就像从喷嘴中挤出来一样。随着它们的生长,这些线弯曲成起伏的形状,液滴开始游动,由触手的延伸推动在液体中穿行。

这张显微镜照片显示了三个半透明的三角形,每个三角形的两个角上都有细长的纤维

来源:©Diana Cholakova/索菲亚大学化学和制药工程系

液滴冷却后会长出波浪状的触须,当它们再次升温时就会缩回

研究人员首次报道多边形液滴和多面体液滴在2015年。它们由简单的烷烃制成,如十五烷或十四烷,在水中通过表面活性剂涂层乳化。由于液滴表面形成了一层薄薄的松散晶相,在这层晶相中烷烃链是排列的,但相当自由地旋转,所以在冷却过程中出现了小面。这个表层相当坚硬,复杂的力平衡使它变直并弯曲成小平面。

然后是材料化学家斯托亚Smoukov伦敦玛丽女王大学的研究人员及其同事注意到卷须可以发芽从水滴的角落里。现在,一个围绕着斯莫科夫的团队,尼古拉抱怨索菲亚大学教授,Maciej平分来自华沙大学和Eric Lauga剑桥大学的研究人员研究了这些链是如何推动粒子的。斯莫科夫说,当他们第一次看到这种奇特的运动时,“我们有很多疑问:它们会去哪里,如何做,为什么做?””

研究人员认为,只有几百纳米宽的细丝也是由弹性表面相制成的。他们的计算预测,随着这些股的增长,与水的粘性摩擦将使它们弯曲成蜿蜒的河流一样的起伏形式。这种摩擦意味着向一个方向出现的细丝将液滴推向相反的方向。

通过缓慢地提高和降低温度约5°C, Smoukov和同事可以使细丝反复收缩和生长,这样液滴就会停止或收缩,然后再次移动。实际上,水滴从温暖的环境中储存能量,在随后冷却时为更多的游泳充电。

一张半透明三角形的显微镜照片,三角形的两个角上长而细的纤维

来源:©Diana Cholakova/索菲亚大学化学和制药工程系

液滴仅由三种成分自组装-烷烃,如十五烷或十四烷,水和溶解的表面活性剂-可以用光学显微镜和热控制样品架观察

“这项工作是惊人的,”物理学家说汤姆·麦克利什英国约克大学教授。“这种结构让我想起了一些简单无机物在聚合物存在下晶体生长的奇怪丝状形式。”他补充说,这种游泳行为与他以前在自然或合成系统中见过的任何行为都不一样。他承认,我真的不知道发生了什么。

丹妮拉卡夫荷兰莱顿大学(Leiden University)的软物质物理学家,他称这项工作“很漂亮”,并说“这是一种新型的推进机制,它利用排出纤维的弹性来创造净运动”。

液滴的丝状推进运动让人联想到运动细菌,它们使用鞭毛状的附属物游泳。斯莫科夫希望他们的液滴能为研究这种运动提供一个简单的模型系统。