自动化制造几十毫米大小的三维结构将会彻底改变光学、电子和生物医学设备的生产方式。实现这种3D微结构的经济方法是通过“编程”其组成部分，使其能够自发聚集并构建出所需的结构。然而，如何有效地驱动微米到中尺度的组件（约0.1到100毫米）进行排列和动态组装，依然是一个亟待解决的难题。

匹兹堡大学斯旺森工程学院的化学工程研究团队在以往研究的基础上，结合流体力学、化学机械过程以及一定的粘性，成功克服了设计自对准结构的挑战。

他们的研究成果“工程限制流体自主组装分层3D结构”已发表在PNAS Nexus期刊上。主要作者包括Oleg E. Shklyaev、化学和石油工程特聘教授Anna Balazs，以及前博士后Abhrajit Laskar。

Balazs指出：“用微米级的积木构建任何物体的一个基本挑战是如何让这些积木在几乎没有外部干预的情况下自我组织，这种干预可能会干扰自组装的动态过程。奥列格设计的系统的独特之处在于，流体与化学物质之间的自然相互作用能够自发地构建出一个强大的系统。”

通过计算机建模，Shklyaev设计了二维聚合物板材，其中一块较重的板材作为基础，其他较轻的板材则作为建筑面板。特定位置的粘性连接起到了铰链的作用，类似于DNA分子中的碱基（A、C、G、T），它们被精确设计以实现粘合。

这些面板随后被放入溶液中，并在水箱的随机区域沉入底部。向溶液中添加反应物会引发催化反应，产生垂直和水平的流体流动。水平流首先沿着腔室底部将薄片移动在一起，粘性连接将适当的面板固定到基础上。

接着，垂直流动将结构的侧面抬升至直立位置，此时面板再次通过粘性连接完成结构的组装。

将化学能（来自催化反应释放的能量）转化为机械作用（流体流动）是该系统的核心特性。也就是说，当催化反应将反应物转化为产物时，实际上在溶液中形成了密度或浓度梯度。这些梯度反过来产生作用于流体的力，从而引发流动。流动就像是“助力之手”，帮助组装结构，”Shklyaev解释道。