Фізики вперше створили пружину, яка спрацьовує кілька разів без зовнішнього втручання. Залежно від форми це або різко згинаються і розгинаються смужки, або стрибаючі шайби. Шайби вдалося навіть змусити стрибати вгору сходами, щоб виміряти сумарну висоту стрибків. Подібні механізми є в стеблях м'ясоїдних рослин, йдеться в статті, опублікованій в.
Стебель м'ясоїдної рослини, здатний різко вигинатися для упіймання видобутку, це не що інше, як пружина із затвором. Як випливає з назви, системи такого типу складаються з об'єкта із запасом потенційної енергії (наприклад, стиснута пружина) і затвора - механізму, що не дає пружині розтиснутися. Окремий клас пружин складають об'єкти із затворами геометричного типу, в яких існує нестабільний вигин, при розмиканні якого відбувається викид накопиченої в пружині потенційної енергії. Ці процеси часто використовуються рослинами і грибами. Рушійною силою в цьому випадку виступає осмотичний тиск, або простіше кажучи набухання матеріалу пружини рідиною. Наприклад, м'ясоїдні рослини і використовують його у своїх листях, які можуть різко прогинатися в обидва боки для упіймання комах.
Такі механізми вже не вперше надихають вчених на створення чогось подібного, але досі ні в кого не вийшло досягти багаторазового вигинання пружини без зовнішнього втручання - пружина спрацьовує один раз, після чого для повторення процесу її необхідно вручну повернути у вихідне положення. У природі конструкції такого роду працюють багаторазово за рахунок складних механізмів саморегуляції відновлення, які поки не виходило відтворити в лабораторії.
Фізики Йончін Кім (Yongjin Kim) і Альфред Кросбі (Alfred Crosby) з Массачусетського технологічного інституту разом з Джеєм ван дер Бергом (Jay van den Berg) з Делфтського технологічного університету створили полімерну пружину з багаторазовим спрацюванням. Для цього вони використовували полідіметилсілоксан з н-гексаном, так як ця система добре описана і її властивості досить передбачувані. Оскільки зразки полімеру прозорі, автори підфарбували їх діоксидом титану.
Спочатку вони зробили з полімеру тонкі смужки і повністю змочили їх у н-гексані. Товщина смужки склала близько 0,2 міліметрів, ширина - близько 5 міліметрів, довжина - близько 60 міліметрів. Змочену розчинником смужку помістили на поверхню з чорного політетрафторетилену, щоб мінімізувати фактор тертя об поверхню. Протягом наступних 90 секунд, у міру висихання смужки, вона багаторазово згиналася, причому рухи були як плавні, так і різкі. Для оцінки частки кожного з типів рухів вчені вимірювали швидкості руху кінців смужки та її центру тяжкості. Середня швидкість центру тяжкості склала близько 0,007 метрів в секунду, тоді як максимальна швидкість досягла 0,2 метрів в секунду. Середня швидкість руху кінців смужки становила близько 0,018 метрів за секунду, а максимальна - близько 1,1 метра за секунду.
На основі вже наявних досліджень вчені припустили, що така поведінка полімерних смужок пов'язана в нерівномірним випаром розчинника. У міру випаровування з поверхні частина розчинника залишається в обсязі полімеру, що створює внутрішнє поздовжнє навантаження і обумовлює вигинання смужки у зворотний нинішньому вигину бік. Автори спробували замінити н-гексан на толуол. Виявилося, що максимальна швидкість вигину не залежить від розчинника, при цьому кількість повторюваних вигинань з толуолом збільшилася. Це пов'язано з тим, що толуол більш важкий розчинник і швидкість випаровування у нього менше, ніж у н-гексана, що і дозволяє пружині спрацьовувати більшу кількість разів.
Проведені з тонкою полімерною смужкою експерименти показали, що поведінка об'єктів такого типу сильно залежить від їх форми. Тому автори зробили круглі шайби і провели аналогічний досвід: змочили шайбу н-гексаном і спостерігали за її поведінкою в міру висихання. Виявилося, що спочатку рівна шайба спочатку вигинається вгору, після чого різко вигинається вниз і злітає вгору. Як і у випадку з тонкою смужкою, цей ефект обумовлений нерівномірністю випаровування розчинника, що створюється через це напругою. Цікаво, що шайба підстрибувала кілька разів без додаткового змочування розчинником. При цьому сумарна висота всіх стрибків склала 8,5 сантиметрів. Щоб виміряти цей параметр, фізики побудували сходи з похилими сходами, стрибаючи по яких шайба виявлялася все вище і вище.
Таким чином, вчені вперше продемонстрували штучний пружинний механізм, який спрацьовує кілька разів без зовнішнього втручання. Такий ефект був досягнутий за рахунок полімеру просоченого рідиною, яка поступово розчиняючись створює внутрішню напругу.
Це не перший випадок, коли штучні полімерні матеріали повторюють за рослинами. Наприклад, нещодавно фізики навчили полімерні стрижні тягнутися за джерелом світла.