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今天的大多数技术都依赖于以光波、无线电波或机械波形式传输能量的设备。然而，这些波导通道在制造过程中或在恶劣环境中部署后，很容易发生紊乱和损坏。

来自伊利诺伊大学香槟分校Grainger工程学院的研究人员通过实验证明了一种新的能量传输方式，即使是通过有缺陷的或时间上短暂的通道也能传播。

机械科学与工程系副教授GauravBahl和物理学教授TaylorHughes在NatureCommunications上发表了他们的研究结果。这项重要工作是由同样是机械科学与工程专业的博士后研究员InbarGrinberg领导的。

他们的文章《Robusttemporalpumpinginamagneto-mechanicaltopologicalinsulator》，详细展示了一个拓扑泵，这是一个在时间周期性地驱动时产生按需、稳健的机械能传输的系统。研究人员利用弹簧、质量和磁铁组成的一维磁力学人工材料构建了拓扑泵。

该泵的灵感来自于年诺贝尔物理学奖得主DavidThouless的工作，他在该工作中提出了一种方案，通过周期性电势，如原子链，实现单个粒子（如电子）的量化运输。其基本原理是将链的结构作为时间的函数进行渐进的、周期性的调制。在泵浦周期的每一个周期完成时，一个单粒子必须在链的一端进入链，同时一个单粒子必须在链的另一端退出。即使原子链具有一定的适度紊乱性，这种情况也能可靠地发生。

这种类型的系统被称为水泵，因为它的技术描述让人联想到阿基米德螺杆，这是一种手摇式水泵，历史上可以追溯到古埃及。

Grainger的研究者们将Thouless的想法带到了一个机械拓扑泵中。一个值得注意的区别是，他们的泵在一个抽水周期内，在整个链条上输送机械能，而不是颗粒或水。此外，即使链条在空间或时间上有大量的无序，该泵也能成功运行。为了完成对水螺旋泵的类比，研究人员用一个旋转曲轴为他们的演示提供动力。

最终，我们希望将这一演示推广到生产类似于光、声、电的弹性波导，Bahl解释道。我们的梦想是在一维通道的一端输入一个信号，并在用户需要的时候，以稳健的方式保证传输到另一端。我们相信拓扑泵是实现这一目标的好方法。

光纤和铜线构成了我们所有通信技术的骨干。目前，沿着这种通信通道的适度破坏，例如，除了完全断开之外的任何东西都会降低信号强度，甚至产生不良反射，对这些通道所能承载的数据量产生不利影响。

研究团队认为，拓扑泵送可能是这些场景中的一个很好的解决方案。