可移動(dòng)可變形的新型超材料問(wèn)世。

工程師發(fā)明了一種材料,，它可以膨脹,、變形、移動(dòng),，并像遙控機(jī)器人一樣遵循電磁指令,。

美國(guó)普林斯頓大學(xué)團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)出一種創(chuàng)新材料。它能擴(kuò)展,、變形,、移動(dòng)，并像遙控機(jī)器人一樣根據(jù)電磁指令執(zhí)行任務(wù),。這種材料沒(méi)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(guò)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,。只需輕微的電磁刺激，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(guò)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)鍵在于其幾何設(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)基于折紙中的克雷斯林圖案,。通過(guò)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,，并使每個(gè)部分都能獨(dú)立響應(yīng)精確設(shè)計(jì)的磁場(chǎng),。

由于手性帶來(lái)的不對(duì)稱行為，這種材料能夠表現(xiàn)出類似于物理系統(tǒng)中的滯后現(xiàn)象,，即系統(tǒng)的反應(yīng)依賴于其內(nèi)部狀態(tài)的歷史變化,。這一特性對(duì)于模擬難以用數(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(mén)的物理結(jié)構(gòu),。

【總編輯圈點(diǎn)】

這種材料挑戰(zhàn)了我們對(duì)機(jī)器人的傳統(tǒng)理解，讓人瞬間聯(lián)想到《變形金剛》中的場(chǎng)景,。它或許標(biāo)志著機(jī)器人學(xué)進(jìn)入了一個(gè)新的時(shí)代,。在這個(gè)時(shí)代中,，智能行為可以通過(guò)材料本身的特性直接實(shí)現(xiàn)，而不需要復(fù)雜的內(nèi)部構(gòu)造,。這一發(fā)展會(huì)極大地簡(jiǎn)化未來(lái)機(jī)器人設(shè)計(jì),，并提高其適應(yīng)性和靈活性,。該技術(shù)除了應(yīng)用在醫(yī)療領(lǐng)域,，也能在提升航空設(shè)備性能或改善建筑能效方面提供解決方案。長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看,，它也是對(duì)我們思考材料,、機(jī)器與智能之間關(guān)系的一種啟示。