群居昆蟲群體具有自組織能力，能夠通過個(gè)體間的相互作用完成復(fù)雜的任務(wù)。例如，為了跨越巨大的縫隙，螞蟻會互相抓住對方的身體，形成一座活橋，讓蟻群能夠到達(dá)另一邊。

受螞蟻群體行為的啟發(fā)，香港中文大學(xué)的科學(xué)家開發(fā)了一種納米粒子自組裝系統(tǒng)，可以修復(fù)損壞的電路。由氧化鐵制成的納米粒子具有磁性，可以被磁場控制。它們被涂上一層能導(dǎo)電的金。在外加磁場作用下，納米粒子可以自組織成帶狀導(dǎo)電結(jié)構(gòu)。

納米粒子色帶的長度和厚度可以通過微調(diào)磁場來控制，當(dāng)磁場關(guān)閉后，色帶就會“干燥”成堅(jiān)硬的結(jié)構(gòu)。這種“微群”系統(tǒng)通過在兩個(gè)斷開的電極之間建立穩(wěn)定和永久的導(dǎo)電通路，模仿螞蟻橋的結(jié)構(gòu)和功能，展示了修復(fù)破損微尺度電路的能力。這項(xiàng)研究是一個(gè)有趣的例子，說明科學(xué)和技術(shù)是如何從自然中獲得靈感。與蟻群相似，大量的納米顆粒能夠共同完成單個(gè)納米顆粒無法完成的任務(wù)。

目前，納米粒子帶只能在二維表面固定斷裂的電路。該系統(tǒng)的未來發(fā)展應(yīng)該集中在提高納米顆粒組裝的精度上，并有可能開發(fā)出一種跨越三維間隙的連接方法，從而真正實(shí)現(xiàn)類似于螞蟻橋的連接。在人工機(jī)器人系統(tǒng)中模擬這種集體行為有望在各個(gè)工程領(lǐng)域帶來好處，并已通過詳細(xì)的算法和物理設(shè)計(jì)部分實(shí)現(xiàn)。然而，在小尺度上開發(fā)具有群級功能的群機(jī)器人系統(tǒng)仍然是一個(gè)挑戰(zhàn)。本研究以順磁性、導(dǎo)電性的功能化磁鐵礦納米顆粒為構(gòu)件，實(shí)現(xiàn)了一個(gè)模擬螞蟻橋結(jié)構(gòu)和功能的微群系統(tǒng)。

盡管應(yīng)用了程式化的振蕩磁場，這些構(gòu)建塊被重新配置成一個(gè)帶狀的微群，該微群可以實(shí)現(xiàn)高縱橫比的可逆延伸，從而能夠在兩個(gè)與功能化納米顆粒體斷開的電極之間構(gòu)建電子的導(dǎo)電通道。此外，還證明了微群作為一種微開關(guān)，修復(fù)損壞的微電路，構(gòu)成柔性電路，在電子領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。

博科園｜研究/來自：哈佛大學(xué)

參考期刊《ACS Nano》

DOI: 10.1021/acsnano.9b02139

博科園｜科學(xué)、科技、科研、科普