美国科研团队发明一种新型材料几乎像机器人一样可变形并自主移动

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它没有马达，也没有齿轮，却可以自行移动并改变形状——一个研究团队开发出这种材料，接近机器人的概念，并可能在多个实际应用领域中展现其价值。



处于机器人与材料之间的边界：一个美国科研团队在实验中开发出一种材料，它可以在没有马达或齿轮的情况下，通过磁场伸展、变形并移动。这种材料未来可应用于建筑物的加热与制冷等领域。

这种结构可以通过扭转将自身压缩到不到原高度的一半。其设计部分依赖于旋转方向的不同而产生不同的运动方式。这项研究由美国普林斯顿大学的格劳西奥·保利诺（Glaucio Paulino）领导，发表在学术期刊《自然》（Nature）上。

“元机器人”：集成磁铁的变形结构

研究人员利用这种“超材料”（Metamaterial）制造出了“元机器人”（Metabots），在结构中嵌入磁铁。通过控制磁场的方向和强度，他们无需接触即可让“元机器人”完成上述动作。

合著者陈敏杰（Minjie Chen）指出：“电磁场可以同时传输电力和信号。”这类似于一根既能充电又能传输数据的电缆。该研究拓展了功率电子学的边界，展示了如何通过远程、即时且精准的方式传递扭矩，进而触发复杂的机器人动作。

温控领域的应用前景

研究人员还展示了该技术在温度调节方面的潜力。他们设计了一个六边形构造，底部为黑色、侧壁为白色、顶部敞开。在此状态下，黑色底部可大量吸收阳光中的热辐射。而当不需要吸热时，白色侧壁可通过旋转遮盖黑底，将大部分光线反射掉。

研究作者指出：“这种构造可应用于建筑的季节性加热与制冷调节。”此外，这些结构在伸展与折叠时的状态变化也可用于数字信息的传输。

受折纸艺术启发

研究人员受日本折纸艺术启发，但不是用纸，而是用小型塑料杆搭建其超材料结构。这些杆连接两个多边形，并以倾斜方式排列。当上方多边形旋转时，杆会像栏杆般下降，使结构收缩。

这些基本单元可组成一个带有方形底部和顶部的结构，其中九个单元在角部互相连接。当中间单元旋转时，九宫格状结构的空隙会闭合，整体向一侧收缩，同时高度因斜杆下降而减少。

保利诺和团队还引入了一个特别设计。他解释说：“通常，一个橡胶杆在顺时针旋转后再逆时针旋转，会回到原始位置。”但这个九单元构造在逆时针旋转后已收缩，顺时针继续旋转时会进一步压缩。这是因为部分杆为镜像排列，像左右手一样拥有对称轴，因此运动会根据最初的施力方向（先逆时针还是先顺时针）而有所不同。

在同一期《自然》杂志的评论中，美国犹他州杨百翰大学的菲利普·克洛克（Philip Klocke）与拉里·豪厄尔（Larry Howell）指出，该超材料的单元结构比以往材料可压缩得多。他们写道：“将这些基本单元拼成三维结构后，可以构建出具有高度可变形能力且机械性能可调的三维超材料。”