麻省大学阿姆赫斯特分校 信用:CC0公共领域 捕蝇草可以做到这一点，夹颚蚂蚁也可以做到这一点，现在马萨诸塞州阿姆赫斯特大学的材料科学家也可以做到——他们发现了一种方法，可以有效地将弹簧中的弹性能量转化为动能，从而像大自然一样进行高加速度、极速的运动
第一作者梁旭东和高级研究员阿尔弗雷德·克罗斯比说，在人造和许多自然系统的物理学中，将能量从一种形式转换成另一种形式通常意味着损失大量能量
克罗斯比说:“成本总是很高，转换过程中的大部分能量都损失了。”
“但我们发现了至少一种有显著帮助的机制
“细节在《物理评论快报》上
梁和克罗斯比利用高速成像技术，详细测量了弹力带的反冲运动，这种弹力带的加速度和速度与激发它们的许多自然生物系统相似
通过对不同弹性带构象的实验，他们发现了一种模仿蚂蚁和捕蝇草快速运动、高功率脉冲事件且能量损失最小的机制
梁现在是宾厄姆顿大学的教员，克罗斯比和其他一些机器人专家和生物学家组成了一个小组，该小组由前UMass阿姆赫斯特专家希拉·帕特克领导，她现在在杜克大学工作
多年来，她一直在研究螳螂虾极其快速的猛禽附肢撕咬动作
他们的多机构团队得到了美国大学的支持
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美国陆军多学科大学研究计划(MURI)资助
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陆军研究实验室及其研究室
在梁的观察和实验中，他发现了能量最守恒的潜在条件——加上基础物理——并提出了克罗斯比所说的“一些非常美丽的理论和方程”来支持他们的结论
克罗斯比指出:“我们的研究表明，弹簧内部的几何结构在增强大功率运动的能量转换过程中起着至关重要的作用。”
梁说，这个秘密是在松紧带上添加了一些战略性放置的椭圆形孔，而不是圆形孔
“保持效率不是直观的，在你尝试之前很难猜测如何做到这一点
但是一旦你看到实验是如何进行的，你就可以开始形成一个理论
你可以开始思考它是如何工作的
" 他放慢了动作，以观察合成聚合物像橡皮筋一样的啪嗒声
梁发现，结构上的秘密在于设计了一个孔的图案
“没有洞，一切都只是伸展，”他指出
“但有了孔洞，材料的某些区域会发生转动和坍塌
“当普通的带子被拉伸和弹回时，只有不到70%的储存能量被用于大功率运动，其余的能量就失去了
梁解释说，相比之下，增加孔隙会将环带转化为机械超材料，通过旋转产生运动
他和克罗斯比证明了使用超材料，超过90%的储存能量被用来驱动运动
“在物理学中，弯曲用更少的能量完成同样的运动，所以当你操纵毛孔的模式时，你可以设计带子在内部弯曲；它变得高效，”克罗斯比补充道
“这表明我们可以利用结构来改变材料的性质
其他人知道这是一个有趣的方法，但是我们把它向前推进，特别是对于高速运动和从弹性能到动能的转换，或者说运动
" 两人希望这一进展将帮助他们MURI团队的机器人专家和其他人实现一个性能目标，帮助他们设计高效、快速的机器人系统
梁说:“现在我们可以交出一些这样的结构，然后说，‘下面是如何为你的机器人设计一个弹簧。’
他补充道:“我们认为，新理论开启了许多新的想法和问题，涉及如何看待生物学，组织是如何构造的，或者它们的外壳是如何配置的，以允许我们展示的旋转是关键。”
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