Continuous, autonomous subsurface cargo shuttling by nature-inspired meniscus-climbing systems

弯月面 化学 攀登 纳米技术 光学 材料科学 物理 生态学 入射(几何) 生物
作者
Ganhua Xie,Pei Li,Paul Y. Kim,Peiyang Gu,Brett A. Helms,Paul D. Ashby,Lei Jiang,Thomas P. Russell
出处
期刊:Nature Chemistry [Springer Nature]
卷期号:14 (2): 208-215 被引量:21
标识
DOI:10.1038/s41557-021-00837-5
摘要

Water-walking insects can harness capillary forces by changing their body posture to climb or descend the meniscus between the surface of water and a solid object. Controlling surface tension in this manner is necessary for predation, escape and survival. Inspired by this behaviour, we demonstrate autonomous, aqueous-based synthetic systems that overcome the meniscus barrier and shuttle cargo subsurface to and from a landing site and a targeted drop-off site. We change the sign of the contact angle of a coacervate sac containing an aqueous phase or of a hydrogel droplet hanging from the surface by controlling the normal force acting on the sac or droplet. The cyclic buoyancy-induced cargo shuttling occurs continuously, as long as the supply of reactants diffusing to the sac or droplet from the surrounding aqueous phase is not exhausted. These findings may lead to potential applications in autonomously driven reaction or delivery systems and micro-/milli-robotics.
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