跷跷板效应被用于解释液滴的取向弹跳

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液滴的取向弹跳是取向运动的一种形式，在物质和能量的传输以及柔性机器人的行为控制上具有重要的应用。理解这种自然现象背后的机理将有助于我们更好地创造和发明新的液体传输形式。

跷跷板是我们儿时常玩的一个游戏，当跷跷板两边各坐上一个小朋友时，身体较重的小朋友这边就会慢慢下降，身体较轻的小朋友那边就会慢慢升高。其物理学的解释是两侧的垂直方向的力矩不同，致使力矩小的一侧被翘起来，发生了圆弧状的旋转行为。古时候，人们利用这种跷跷板效应，发明了可以投掷火球或石头的武器——投石机，在三国演义的很多战争对垒中都有用到。

最近，就有人将这种机理运用到了水滴取向弹跳现象的解释上面。

当下落的水滴撞击到浸润性不同或结构（粗糙度）不同的异构或异质界面上时，就有可能发生取向的弹跳行为，这一现象曾被比喻为蘑菇吐孢子的过程，相关的研究大多集中于分析液滴在固体表面运动时，水平方向上力的差异驱动液滴的取向运动。但是，液滴在撞击过程中会有一侧液滴被翘起来的过程，作者认为这种取向传输行为可能和跷跷板相关。在不断地讨论中，团队坚信，垂直方向上的力对这种取向行为是有影响的。于是作者又找来了中空的胶囊（平时吃的药囊）在这种异质和异构界面撞击进行模拟观察，发现胶囊也会发生这种取向弹跳行为，并且在撞击过程发生了类似的一侧被撬起来的旋转行为。

随后，该研究团队将这里的力学模型提取出来并采用数值模拟方式加以证明。当这样简单的力学模型被提取出来后，团队惊喜地发现，他们对这个模型稍作改变，就可以创造出更多形式的取向行为，实现对水滴弹跳的灵活操控。由此，研究团队可把水滴运动当作三向或多向开关在将来很多领域取得应用。

该文章发表在JMCA上，第一作者为河南农大理学院王顺博士，中科大李海龙硕士、河南农大段虎硕士以及崔迎涛硕士，河南农大理学院宋美荣老师和机电学院李赫老师、中科院理化技术研究所董智超博士、中科大丁航教授为共同通讯作者。

文章链接：

https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2020/ta/d0ta00037j/unauth#!divAbstract

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