匹兹堡大学的保罗·科瓦奇 通过级联反应演示转子时空控制的模拟动画
涂有GOx的转子(洋红色)位于腔室的左侧，涂有CAT的转子(绿色)位于右侧
背景颜色图显示了溶液中H2O2在y = 3毫米(侧视图)和z = 0时的空间分布
俯视图为4毫米
在溶液中引入右旋葡萄糖激活了涂有葡萄糖氧化酶的转子，转子变形为三维结构并开始自发旋转
涂有卡特彼勒涂层的转子保持平坦和静止
H2O2由第一反应产生，构成级联反应的第一步
在H2O2存在的情况下，涂覆过氧化氢酶的转子变得活跃并开始旋转，而涂覆过氧化氢酶的转子变得扁平且静止，因为溶液中的葡萄糖被耗尽
随着时间的推移，溶液中的H2O2也会耗尽，因此，涂有卡特彼勒涂层的转子停止运动，板材变平
学分:A
拉斯卡 齿轮是人类历史上最古老的机械工具之一，导致了从早期灌溉系统和钟表到现代发动机和机器人的机器
匹兹堡大学斯旺森工程学院的研究人员首次利用了一种催化反应，这种反应使一个二维的化学涂层薄片自发地“变形”成一个三维的齿轮，进行持续的工作
研究结果表明，有可能开发出不依赖外部动力的化学驱动机器，而只需要向周围的溶液中加入反应物
这项研究发表在今天的细胞新闻杂志《物质》上，由安娜·C
Balazs，化学和石油工程杰出教授
斯旺森工程主席
主要作者是阿布拉吉特·拉斯卡，共同作者是奥列格·E
Shklyaev，都是博士后同事
“齿轮有助于赋予机器机械寿命；然而，它们需要某种外部动力，如蒸汽或电力来执行任务
这限制了未来机器在资源贫乏或偏远环境中运行的潜力，”巴拉兹解释道
“Abhrajit的计算模型表明，在没有传统电源的环境中，主动片上的化学机械转换(化学能转化为运动)提供了一种复制齿轮行为的新方法
" 演示过氧化氢溶液中涂覆过氧化氢的柔性片材的动力学的模拟动画
固定在薄片上的过氧化氢酶将宿主溶液中的过氧化氢分解成较轻的产物(水和氧气)，从而产生自发的流体流动
流体域底部的这些流体流驱动2D柔性片在中心弹出(比边缘节点轻)，形成理想的3D结构(见侧视图)，其捕捉流体流并顺时针方向旋转
学分:A
拉斯卡 在模拟中，催化剂被放置在一个二维的薄片上的不同点上，这个薄片类似于一个带辐条的轮子，在薄片的圆周上有较重的节点
然后将约一毫米长的柔性片放入充满流体的微室中
将反应物添加到腔室中，激活平“轮”上的催化剂，从而使流体自发流动
向内的流体流驱动薄片的较轻部分弹出，形成主动转子，该转子捕捉流体流并旋转
“这项研究真正与众不同的是变形和推进力的结合，以改变物体的形状来创造运动，”拉斯卡说
“物体的变形是关键；我们在自然界中看到，生物体利用化学能来改变它们的形状和运动
为了让我们的化学片移动，它还必须自发地变形为新的形状，这使得它能够捕捉流体流动并执行其功能
" 此外，拉斯卡和什克利耶夫发现，并非所有的齿轮零件都需要化学活性才能发生运动；事实上，不对称对于创造运动是至关重要的
通过确定放置的设计规则，拉斯卡和什克利耶夫可以将旋转指向顺时针或逆时针方向
这种增加的“程序”使得独立转子的控制能够顺序地或以级联效应移动，具有主动和被动齿轮系统
这个更复杂的动作由辐条的内部结构和在流体域中的放置来控制
从一个主动齿轮到两个被动齿轮的旋转运动的传递
在流体腔室中，主动齿轮可以旋转多个被动齿轮，这些被动齿轮被放置成破坏流场的对称性
学分:A
拉斯卡 “因为齿轮是任何机器的核心部件，你需要从基础开始，而阿布拉吉特创造的东西就像毫米级的内燃机，”Shklyaev说
“虽然这不能给你的汽车提供动力，但它确实有潜力为驱动小型化学机器和软机器人建立基本机制
" 在未来，Balazs将研究多个齿轮的相对空间组织如何能够带来更大的功能，并潜在地设计一个看起来像是在做决策的系统
巴拉兹说:“机器离人类控制越遥远，你就越需要机器本身来提供控制，以完成给定的任务。”
“我们设备的化学机械性质允许在没有任何外部电源的情况下实现这一点
" 这些自变形齿轮是Balazs、Laskar和Shklyaev开发的化学机械过程的最新进展
其他的进步包括创造类似螃蟹的薄片来模仿进食、飞行和战斗的反应；和类似“飞行地毯”的包裹、拍打和蠕动的床单
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