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美國普林斯頓大學(xue)團隊開發出一(yi)種(zhong)(zhong)創(chuang)新材料。它(ta)能擴展、變形(xing)、移(yi)(yi)動，并(bing)像遙控機(ji)(ji)器人(ren)一(yi)樣根據(ju)電磁(ci)指令執行任務。這(zhe)種(zhong)(zhong)材料沒有傳統(tong)的馬達或內(nei)部齒輪，卻能改變形(xing)狀和移(yi)(yi)動。在新一(yi)期《自然》雜志上(shang)發表的文章中，團隊描述(shu)了如何(he)借(jie)鑒折紙藝術，創(chuang)造出了這(zhe)種(zhong)(zhong)模糊(hu)了機(ji)(ji)器人(ren)與(yu)材料之(zhi)間(jian)界限的結構(gou)。

這種創新(xin)材(cai)料是一種超材(cai)料，其特性由物理結構決定(ding)，而非化(hua)(hua)學成分。通過使用簡(jian)單的(de)(de)塑料和定(ding)制的(de)(de)磁(ci)性復合材(cai)料，團隊構建了一個可以遠程操(cao)控的(de)(de)模塊化(hua)(hua)組合體——“元機器人”（me[x]tabot）。利(li)用磁(ci)場(chang)，他們可改變超材(cai)料的(de)(de)結構，使其膨脹、移動和變形(xing)，所(suo)有操(cao)作均無需接觸材(cai)料本身。

該超材料(liao)由許多(duo)互為(wei)鏡(jing)像的可重構單元(yuan)組成(cheng)，這些單元(yuan)之(zhi)間(jian)的手性關系使(shi)得復雜(za)的運動(dong)成(cheng)為(wei)可能(neng)。只(zhi)需輕微的電磁刺激(ji)，就能(neng)促使(shi)me[x]tabot進行大(da)幅度的扭(niu)轉、收縮等動(dong)作。這項技術有望推動(dong)柔(rou)性機器人、航空航天工程、能(neng)量吸收及體溫調節等多(duo)個領域取得進步。

另外(wai)一個潛在(zai)應用是醫(yi)療(liao)領(ling)域。比(bi)如未來可以通過類(lei)似(si)的機器人將(jiang)藥物(wu)精(jing)確(que)輸送到身體特(te)定部位，或者(zhe)輔助(zhu)外(wai)科手(shou)術修復(fu)受損組織。

團隊還(huan)展示(shi)了這(zhe)種材料作為溫度(du)調節器(qi)的能力。在實(shi)驗中(zhong)，他(ta)們成功地(di)將表面溫度(du)從27攝氏度(du)調整到(dao)70攝氏度(du)，然后(hou)再調回。

這(zhe)種(zhong)新材料的(de)關鍵在于其(qi)幾何設計。團隊制(zhi)作了具有(you)特定排列支撐支柱的(de)塑料管，當壓縮時它會(hui)扭曲，而扭曲時它又會(hui)被(bei)壓縮。這(zhe)種(zhong)設計基于折紙(zhi)中的(de)克雷(lei)斯林圖(tu)案。通(tong)過連接兩個鏡像的(de)克雷(lei)斯林管，團隊創建了基礎構(gou)建塊，并(bing)使每個部(bu)分(fen)都能獨立響(xiang)應精確設計的(de)磁場。

由于手性(xing)帶來的(de)不對(dui)(dui)稱(cheng)行為，這種材料能夠表現出類似于物(wu)(wu)理(li)系統(tong)中的(de)滯(zhi)后(hou)現象，即系統(tong)的(de)反應依(yi)賴(lai)于其內(nei)部狀態的(de)歷史變化(hua)。這一特性(xing)對(dui)(dui)于模(mo)(mo)擬(ni)難以用(yong)(yong)數學建模(mo)(mo)的(de)復(fu)雜(za)系統(tong)非常有用(yong)(yong)。長(chang)遠來看，這種超材料甚至可能被(bei)用(yong)(yong)來設(she)計(ji)(ji)模(mo)(mo)仿計(ji)(ji)算機晶體管邏輯門的(de)物(wu)(wu)理(li)結構。

【總編輯圈點】

這種材(cai)料(liao)挑戰(zhan)了(le)我們對機(ji)(ji)器人的(de)(de)傳統(tong)理解(jie)，讓(rang)人瞬間聯(lian)想到《變(bian)形金剛(gang)》中(zhong)的(de)(de)場景。它(ta)或許標(biao)志(zhi)著機(ji)(ji)器人學進入了(le)一個新的(de)(de)時代。在這個時代中(zhong)，智能(neng)行(xing)為可(ke)以通過(guo)材(cai)料(liao)本身的(de)(de)特性直接實現，而不(bu)需(xu)要復(fu)雜的(de)(de)內部構(gou)造。這一發展(zhan)會(hui)極(ji)大地簡化未來機(ji)(ji)器人設計，并提(ti)高其(qi)適應(ying)性和(he)靈活(huo)性。該技(ji)術除(chu)了(le)應(ying)用在醫療(liao)領(ling)域，也能(neng)在提(ti)升航空設備性能(neng)或改善(shan)建筑能(neng)效方面提(ti)供解(jie)決方案。長(chang)遠來看，它(ta)也是對我們思考材(cai)料(liao)、機(ji)(ji)器與智能(neng)之(zhi)間關系的(de)(de)一種啟示。

本文由廣(guang)州佳譽醫(yi)(yi)療(liao)器(qi)械有限(xian)公司/佛山(shan)浩揚(yang)醫(yi)(yi)療(liao)器(qi)械有限(xian)公司聯合編輯