褶皺是最重要的物體表面自然變化模式之一，會(huì)在物體壽命周期中不斷發(fā)生，而且程度各異。理論上，生長(zhǎng)過(guò)程中的對(duì)稱(chēng)性自發(fā)破缺（如在胚胎、腫瘤和大腦中）和脫水（如在水果和人類(lèi)皮膚中）是造成復(fù)雜褶皺的兩大因素。對(duì)這類(lèi)結(jié)構(gòu)變化的準(zhǔn)確預(yù)測(cè)和精準(zhǔn)操控具有極其重要的技術(shù)意義，比如可以用于納米器件的制造。
2022年10月24日，復(fù)旦大學(xué)徐凡教授、清華大學(xué)工程力學(xué)系馮西橋教授等在Nature子刊Nature Computational Science上發(fā)表了題為：Chiral topographic instability in shrinking spheres的研究論文。
該論文描述了百香果干表面一種此前未知的褶皺模式，研究結(jié)果和在此基礎(chǔ)上的理論預(yù)測(cè)，或能幫助我們理解物體大小和形狀非線(xiàn)性自然變化背后的復(fù)雜物理學(xué)，啟發(fā)自適應(yīng)機(jī)器人的新設(shè)計(jì)。
在這項(xiàng)研究中，徐凡、馮西橋等人報(bào)道了百香果干表面一種未知類(lèi)型的手性起皺模式。手性對(duì)稱(chēng)性是指物體不具有反射對(duì)稱(chēng)性，但可能有旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)軸。受到這種排列的啟發(fā)，研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一個(gè)力學(xué)模型用來(lái)推廣出一個(gè)普適的標(biāo)度律，從而揭示了巴基球模式（如六邊形和五邊形）和手性模式（如左旋或右旋）形成背后的結(jié)構(gòu)-彈性機(jī)制。
研究團(tuán)隊(duì)還進(jìn)一步演示了這種手性起皺過(guò)程能在實(shí)驗(yàn)室制作的硅核殼表面進(jìn)行模擬，并利用這種手性模式極高的局部靈敏度設(shè)計(jì)了一個(gè)能抓取小物件（如一個(gè)金剛石、螺絲或綠豆）的自適應(yīng)機(jī)器人。
這項(xiàng)研究不僅解釋并預(yù)測(cè)了百香果干表面的結(jié)構(gòu)變化，同時(shí)也推動(dòng)了以自然界手性起皺模式為靈感的目標(biāo)自適應(yīng)抓取機(jī)器人的開(kāi)發(fā)。
