仿生自适应抓手手性起皱

物理过程包括生长、相变以及一般的机械和非机械载荷驱动固体的变形，甚至可能改变其形态。现实世界中的一切都是通过物理和化学定律使势能最小化的形式。因此，例子出现在自然界的不同尺度上，如细胞、贝壳、骨骼、器官、水果和蔬菜，也出现在金属和合金以及超材料微观结构水平的制造业中。形态发生学是一个研究领域，其主要目的是了解形状产生的原因。尽管亚里士多德在两千年前就以分类学的目的开创了形态学领域，但只有约翰·沃尔夫冈·冯·歌德(1749-1832)和伯特兰·罗素(1872-1970)才首次提出了一种技术方法。歌德的结构主义和罗素的功能主义为达西·温特沃斯·汤普森(1860-1948)的著作奠定了基础论生长与形态¹．从那时起，在数学家、物理学家、生物学家、化学家和工程师的努力下，这一领域在上个世纪取得了显著的进展，建立了一个整合了不同研究领域方法的框架，并能够对物体呈现特定形状的原因提供科学解释²．迄今为止，许多自然界的秘密已经被揭开，包括海龟壳、羚羊角和日本石壳所采用的螺旋几何结构。然而，由于复杂的形态学进化具有高度非线性的性质和多学科的特点，因此需要引入新的形态学进化模型，更重要的是，需要采用新的生物工程策略对形态学变化进行精确控制。在本期的自然计算科学范旭及其同事^3.提出一个力学模型，通过结构稳定性揭示球形物体在受到球对称输入时的手性表面形态，就像在脱水百香果上观察到的那样。提出的模型不仅解释了这种形态变化，而且还使受这种有趣的手性起皱拓扑结构启发的自适应抓手的设计成为可能。