如果我們能把水變成景觀會怎樣？比利時列日大學的物理學家與美國布朗大學合作，成功了。他們利用3D打印的毫米級脊柱，操控水面，創(chuàng)造出可編程的“液體景觀”。但這還不是全部。這些景觀允許粒子在其中移動。這一發(fā)現(xiàn)為微流體、微觀運輸和分類，乃至對抗海洋污染開辟了新的視角。

要理解這一突破，首先要澄清兩個關鍵概念：表面張力和彎月面。前者可以定義為水的保護層。水的這種特性使其能夠抵抗外力。舉個例子，表面張力使一些輕物體甚至昆蟲（如蚊子）能夠漂浮在水面上而不被淹沒。另一方面，在物理學中，彎月面是由于容器的形狀和液體的毛細作用而在液體表面產生的幾乎看不見的曲率。再次使用科學家的例子，這是當你試圖傾斜玻璃杯中的水時在表面一端形成的小曲率。了解了這一點，讓我們看看有什么新東西以及3D打印是如何發(fā)揮作用的。

使用模擬半月板的3D打印脊柱在水面上創(chuàng)建的景觀。

列日大學的GRASP（統(tǒng)計物理研究與應用小組）團隊研究了制造彎月面的可能性，這種彎月面可以在表面形成液體景觀。為此，他們采用了一種在實驗室中越來越常見的工具：3D打印。他們使用Stratasys PolyJet打印機打印出由毫米大小的尖刺組成的晶格結構，這些尖刺末端呈圓形，彼此“足夠靠近，足以在不破壞水面張力的情況下使其發(fā)生大規(guī)模變形”。

每一個結構都被放置在一個單獨的培養(yǎng)皿中，然后加入水，直到水覆蓋住棘突，并在棘突周圍形成一個彎月面。“按照這個邏輯，這意味著如果你把它們排列整齊，并且它們足夠靠近，你就會看到一種巨大的彎月面出現(xiàn)，這是每個彎月面相互重疊疊加的結果，”物理學家梅根·德倫斯解釋道。

通過這項實驗，團隊發(fā)現(xiàn)，通過改變尖刺之間的高度和距離，液體表面不再平坦。基于這一觀察，他們設計了幾個“測試區(qū)”來改變水面。通過修改每個尖刺，他們能夠創(chuàng)造出液體景觀，例如半球、傾斜平面，甚至布魯塞爾原子球塔。

那么，在水面上形成小圖形的意義何在？實驗室主任、物理學家Nicolas Vandewalle教授解答道：“這種方法也為移動和分類漂浮物（例如彈珠、水滴或塑料顆粒）提供了一種新方法。當液面傾斜時，較輕的物體會由于阿基米德推力而上升，而較重的物體則會在自重作用下下沉，就像從水面上滑下來一樣。”因此，科學家們提出了諸如顯微操作或粒子分選等應用。

編譯整理：3dnatives