工程師發(fā)明了一種材料，它可以膨脹、變形、移動(dòng)，並像遙控機(jī)器人一樣遵循電磁指令。圖片來(lái)源：美國(guó)普林斯頓大學(xué)

美國(guó)普林斯頓大學(xué)團(tuán)隊(duì)開發(fā)出一種創(chuàng)新材料。它能擴(kuò)展、變形、移動(dòng)，並像遙控機(jī)器人一樣根據(jù)電磁指令執(zhí)行任務(wù)。這種材料沒有傳統(tǒng)的馬達(dá)或內(nèi)部齒輪，卻能改變形狀和移動(dòng)。在最新一期《自然》雜志上發(fā)表的文章中，團(tuán)隊(duì)描述了如何借鑒折紙藝術(shù)，創(chuàng)造出了這種模糊了機(jī)器人與材料之間界限的結(jié)構(gòu)。

這種創(chuàng)新材料是一種超材料，其特性由物理結(jié)構(gòu)決定，而非化學(xué)成分。通過使用簡(jiǎn)單的塑料和定制的磁性復(fù)合材料，團(tuán)隊(duì)構(gòu)建了一個(gè)可以遠(yuǎn)程操控的模塊化組合體——“元機(jī)器人”（Metabot）。利用磁場(chǎng)，他們可改變超材料的結(jié)構(gòu)，使其膨脹、移動(dòng)和變形，所有操作均無(wú)需接觸材料本身。

該超材料由許多互為鏡像的可重構(gòu)單元組成，這些單元之間的手性關(guān)系使得復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)成為可能。隻需輕微的電磁刺激，就能促使Metabot進(jìn)行大幅度的扭轉(zhuǎn)、收縮等動(dòng)作。這項(xiàng)技術(shù)有望推動(dòng)柔性機(jī)器人、航空航天工程、能量吸收及體溫調(diào)節(jié)等多個(gè)領(lǐng)域取得進(jìn)步。

另外一個(gè)潛在應(yīng)用是醫(yī)療領(lǐng)域。比如未來(lái)可以通過類似的機(jī)器人將藥物精確輸送到身體特定部位，或者輔助外科手術(shù)修復(fù)受損組織。

團(tuán)隊(duì)還展示了這種材料作為溫度調(diào)節(jié)器的能力。在實(shí)驗(yàn)中，他們成功地將表面溫度從27攝氏度調(diào)整到70攝氏度，然后再調(diào)回。

這種新材料的關(guān)鍵在於其幾何設(shè)計(jì)。團(tuán)隊(duì)制作了具有特定排列支撐支柱的塑料管，當(dāng)壓縮時(shí)它會(huì)扭曲，而扭曲時(shí)它又會(huì)被壓縮。這種設(shè)計(jì)基於折紙中的克雷斯林圖案。通過連接兩個(gè)鏡像的克雷斯林管，團(tuán)隊(duì)創(chuàng)建了基礎(chǔ)構(gòu)建塊，並使每個(gè)部分都能獨(dú)立響應(yīng)精確設(shè)計(jì)的磁場(chǎng)。

由於手性帶來(lái)的不對(duì)稱行為，這種材料能夠表現(xiàn)出類似於物理系統(tǒng)中的滯后現(xiàn)象，即系統(tǒng)的反應(yīng)依賴於其內(nèi)部狀態(tài)的歷史變化。這一特性對(duì)於模擬難以用數(shù)學(xué)建模的復(fù)雜系統(tǒng)非常有用。長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，這種超材料甚至可能被用來(lái)設(shè)計(jì)模仿計(jì)算機(jī)晶體管邏輯門的物理結(jié)構(gòu)。（記者張夢(mèng)然）

分享讓更多人看到