可移动可变形的新型超材料问世

工程师发明了一种材料，它可以膨胀、变形、移动，并像遥控机器人一样遵循电磁指令。图片来源：美国普林斯顿大学

美国普林斯顿大学团队开发出一种创新材料。它能扩展、变形、移动，并像遥控机器人一样根据电磁指令执行任务。这种材料没有传统的马达或内部齿轮，却能改变形状和移动。在最新一期《自然》杂志上发表的文章中，团队描述了如何借鉴折纸艺术，创造出了这种模糊了机器人与材料之间界限的结构。

这种创新材料是一种超材料，其特性由物理结构决定，而非化学成分。通过使用简单的塑料和定制的磁性复合材料，团队构建了一个可以远程操控的模块化组合体——“元机器人”（Metabot）。利用磁场，他们可改变超材料的结构，使其膨胀、移动和变形，所有操作均无需接触材料本身。

该超材料由许多互为镜像的可重构单元组成，这些单元之间的手性关系使得复杂的运动成为可能。只需轻微的电磁刺激，就能促使Metabot进行大幅度的扭转、收缩等动作。这项技术有望推动柔性机器人、航空航天工程、能量吸收及体温调节等多个领域取得进步。

另外一个潜在应用是医疗领域。比如未来可以通过类似的机器人将药物精确输送到身体特定部位，或者辅助外科手术修复受损组织。

团队还展示了这种材料作为温度调节器的能力。在实验中，他们成功地将表面温度从27摄氏度调整到70摄氏度，然后再调回。

这种新材料的关键在于其几何设计。团队制作了具有特定排列支撑支柱的塑料管，当压缩时它会扭曲，而扭曲时它又会被压缩。这种设计基于折纸中的克雷斯林图案。通过连接两个镜像的克雷斯林管，团队创建了基础构建块，并使每个部分都能独立响应精确设计的磁场。

由于手性带来的不对称行为，这种材料能够表现出类似于物理系统中的滞后现象，即系统的反应依赖于其内部状态的历史变化。这一特性对于模拟难以用数学建模的复杂系统非常有用。长远来看，这种超材料甚至可能被用来设计模仿计算机晶体管逻辑门的物理结构。（记者张梦然）