近日，研究人员成功创造了一种独特的动态结构——“元壳”，它能够按照预定的时间表跃入空中，且无需计算机干预或外部刺激。这种元壳的跳跃时间和高度完全由其物理结构设计所决定，展现了材料科学与工程领域的创新成果。

“我们希望开发一种不依赖外界刺激的结构，并允许提前设定跳跃时间。”该论文的通讯作者、北卡罗来纳州立大学机械工程副教授尹杰表示。通过精确设计，研究人员能够控制元壳在负载移除后的跳跃行为，无论是以秒为单位还是以小时为单位。

为了实现这一目标，研究人员创建了一种球形结构，由聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)材料线束组成，这些线束连接成复杂的晶格图案，最大限度地提高了材料的储能能力。当结构受到负载时，它会变形;而当负载移除后，由于PET的粘弹性特性，元壳会缓慢地“蠕变”回到原始形状，最终在达到临界点时迅速恢复，并将剩余部分弹向空中。

“最终的结果是，元壳会被压缩成花蕾的形状，并在弹回时释放能量，将结构抛向空中。”论文的第一作者、北卡罗来纳州立大学的博士生Haitao Qing解释道。通过控制负载时间，研究人员能够精确控制元壳的跳跃时间和高度。

在测试中，元壳的跳跃可以提前3秒到58小时进行安排，且跳跃高度可根据需求调整。此外，元壳还能在各种表面上有效跳跃，包括固体表面、沙地、雪地或水面，甚至在低温环境下也能正常工作。研究人员还展示了元壳装载种子等货物并在跳跃时分散内容物的功能，这一设计灵感来源于自然界中的爆炸性种子传播现象。

“展望未来，我们有兴趣探索适用于这种设计的可生物降解材料，并研究各种潜在的应用。”尹教授表示。这项技术不仅为材料科学和工程领域带来了新的研究方向，还为未来智能材料和动态结构的应用提供了广阔的前景。

更多信息： Yin, Jie，《可编程的跳跃元壳层中数秒至数天的延迟捕捉》，《美国国家科学院院刊》(2025)。期刊信息： 美国国家科学院院刊