機器人蜂窩材料自發合拍，長成新型時間晶體
這是一種用機器人造出的時間晶體。據ScienceAlert、Phys.org等多家媒體報道，一個歐洲團隊造出由37個主動單元組成的二維蜂窩狀機電超材料，每個單元都裝有傳感器、電子器件和驅動器。把它推過失穩閾值後，單個單元開始自發振動，起初頻率約30赫茲、波長很短、各自爲政，隨後短波逐漸讓位給長波，波長、週期和振幅一路增長，最終整塊材料以同一個緩慢而有力的節拍集體起伏，進入物理學家所說的時間晶體狀態。
官方口徑來自10月14日發表在《自然》上的論文，題爲波粗化驅動機電超材料的時間結晶。研究由阿姆斯特丹大學的喬納斯·芬斯特拉、伯明翰大學的傑克·比尼什領銜，資深作者爲劍橋大學的安東·蘇斯洛夫和阿姆斯特丹大學的科朗坦·庫萊，參與單位包括阿姆斯特丹、伯明翰、里昂、代爾夫特、萊頓和劍橋6所高校。團隊把這一過程命名爲波粗化。比尼什說，這項研究是自發組織的有力例證，微小振動不斷自我組織，直到整塊材料協調運動，如同樂手逐漸找到同一個節拍。
爲什麼能自己合拍，關鍵在於非互易作用。據報道，研究人員故意讓材料中一個部位對另一部位的影響不再對等，打破作用與反作用的對稱。在這種設置下，振動不再衰減或原地不動，而是出現正反饋：振幅長大後改變系統動力學，讓更長波長的波更佔優勢，更大的波又進一步強化自身優勢。於是主導波越來越大、越來越慢，直到觸及材料尺寸允許的極限。團隊在一維和二維機電超材料中都觀察到這一現象，並測得其動力學標度行爲，還通過打破動量守恆把過程按住，驗證了機理。
影響最直接的是機器人和活性物質領域。實驗材料集成了100多個傳感器和致動器，配有三維打印部件和把電能變爲機械運動的自制洛倫茲致動器，每個致動器需要20多個膠點，由阿姆斯特丹大學技術中心協助組裝，實習生參與拼裝。劍橋卡文迪許實驗室指出，這種從快速局域抖動自發長成慢速全局協調變形的能力，意味着可編程超材料無須外部節拍器就能自己協調步態。Scienmag援引團隊判斷稱，波粗化可用來控制形狀變化和定向運動，有望用於機器人、活性物質和光力學，成爲研製生物啓發多功能機器人的關鍵一步。
接下來團隊要把波粗化推向三維。據Mirage News等媒體報道，研究人員希望研製三維活性材料，引入剪切、彎曲和扭轉等更多相互作用方式，弄清波粗化在三維中如何表現、如何用於控制自支撐材料的形狀變化。Scienmag的分析認爲，波粗化可能成爲橫跨聲學、光力學、生命物質和軟機器人的非線性波組織原理。若能在更大尺度保持抗隨機擾動的同步能力，自組織節拍將從實驗室演示變爲可工程化的控制手段。