由日本理化学研究所新兴物质科学中心的科学家领导的研究小组，开发出一种基于纳米填料嵌入水凝胶的独特材料，该材料可以单向导通机械能，而不是相互往复的，“非互易”的表现。通过使用这种可在不同尺寸上构建的复合材料，该团队能够利用上下振动的运动使液滴在材料内升起。因此，利用这种材料可以将随机振动有益地用于将物质朝着所需方向移动。

将能量引导到一个优选的方向是一种重要特性，实际上这种特性使生命得以存在。许多基础生物功能，比如光合作用和细胞呼吸，都是通过以非互惠的方式引导自然界中的随机波动来实现的，从而使系统远离熵增，就像著名的麦克斯韦恶魔一样。允许能量有选择地移动的装置在许多领域中得到应用，比如电力领域，它们能够将交流电转化为直流电，此外在光子学、磁学和声学中也有应用。然而，创建能够引导机械能的装置却被证明较为困难，而这也可能有许多潜在的用途。

如今，由理化学研究所领导的团队开发出了一种卓越而均匀的材料，可相对容易地进行生产，并且具备这一功能。为了创造这个材料，该团队使用了一种水凝胶材料——主要由水组成的软性材料，由聚丙烯酰胺网络和嵌入其中的氧化石墨烯纳米填料构成，并以一定角度施加。这种水凝胶被固定在地板上，使其顶部在受到剪切力时能移动，而底部则不能。而填料则设置在一个角度上，从顶部到底部呈顺时针角度。

当有一股剪切力从奈米填料倾斜方向向左施加时，它们倾向于压弯，从而失去了抗力。然而，在另一个方向上，当它们背对力量时，施加的剪切只会使它们拉伸得更长，它们仍然保持着强度。这使得材料在一个方向上发生变形，而在另一个方向上不会。实际上，研究小组测量了这种差异，并发现该材料在一个方向上的抗力大约是另一个方向的60倍。

为了展示这种材料的实际功能，他们进行了一项实验，他们制作了一块材料并将其放置在一个振动的支架上。根据设计和定向的不同，该材料能够通过内部通道使液滴向左或向右移动，甚至能够向上运动而不是向下运动。他们还可以利用振动运动来驱动一个可以控制的圆周运动，可以顺时针或逆时针旋转。当材料纵向放置时，注入彩色液体滴进水凝胶中，液滴会像魔法般地向上运动，并通过交替的振动运动来产生连续的运动。这些通常没有用处的振动运动会被引导出来，创造出净运动效果。

最后，作为进一步的测试，该团队与RIKEN Hakubi Fellows计划的研究人员合作，在这种材料上放置了秀丽隐杆线虫。虽然线虫的移动通常是随机的，但最终它们全部集中移动到了水凝胶的一侧或另一侧，这取决于它的方向。

根据领导这项工作的理化研究所新兴物质科学研究中心的石田康弘的说法，“这是一个引人注目而令人惊讶的结果，看到机械能如此明确、清晰地被优选地引导在一个材料上，并且这个材料相对易制备且可扩展。未来，我们计划为这种材料寻找应用，以期望我们能够有效利用迄今被视为废弃的振动能量。”