美国密歇根大学的研究人员近期在《物理评论快报》上发表了一项理论研究成果，提出通过引入混沌机制，可以使合成材料模拟生物组织般的复杂运动能力。这一模型为开发新型软体机器人与发动机提供了新的设计思路。

传统合成材料虽能模仿生物组织的柔软与弹性，但在实现快速、高能量的动态行为方面仍存在局限。密歇根大学物理学助理教授苏拉杰·尚卡尔指出：“我们感兴趣的是快速运动。如果我们想制造出动力强劲、能够驱动极快速运动的软体发动机和软体机器，那真是一项艰巨的任务。”该研究团队构建的理论框架表明，通过将材料的力学特性与内部化学反应相结合，利用反馈机制抵消材料固有的能量耗散，可以激发出更丰富的运动模式。

研究的关键在于让材料中的活性化学反应对机械应力产生响应，从而形成力学与化学间的正反馈回路。该研究的资深作者、密歇根大学教授毛晓明解释道：“如果我们想在真实的材料中产生类似心脏跳动的行为，我们需要某种机制来对抗这种能量耗散。在这里，我们利用的机制是化学反应。”当这种反馈足够强时，系统的惯性作用将凸显，材料可能表现出看似混乱的颤抖或抽搐运动。研究员比斯瓦鲁普·阿什补充道：“这种通常被忽略的特性——系统的惯性——实际上非常重要。它实际上产生了这种有趣的现象。”

目前，这类能够完整实现该理论的“活性材料”尚未被制造出来，但研究人员表示，其所需的各个组件已在不同实验中得到验证。毛晓明教授认为：“据我们所知，这些成分尚未结合在一起。但通过一些巧妙的化学方法，在不久的将来它们或许能够结合在一起。”该研究获得了美国国家科学基金会及多个军方研究机构的资助。

此项研究为材料科学与软体机器人领域提供了一种新视角，表明有意设计的“混沌”可能成为赋予合成材料生命般动态行为的关键。

更多信息： 作者Siddhartha Sarkar 等人，标题《机械化学反馈驱动活性固体中的复杂惯性动力学》，发表于《物理评论快报》 (2025)。期刊信息： Physical Review Letters ， arXiv