美國普林斯頓大學團隊開發出一種創新材料。它能擴展、變形、移動，並像遙控機器人一樣根據電磁指令執行任務。這種材料沒有傳統的馬達或內部齒輪，卻能改變形狀和移動。在最新一期《自然》雜誌上發表的文章中，團隊描述了如何借鑒折紙藝術，創造出了這種模糊了機器人與材料之間界限的結構。

這種創新材料是一種超材料，其特性由物理結構決定，而非化學成分。通過使用簡單的塑膠和定制的磁性複合材料，團隊構建了一個可以遠程操控的模組化組合體——“元機器人”（Metabot）。利用磁場，他們可改變超材料的結構，使其膨脹、移動和變形，所有操作均無需接觸材料本身。

工程師發明了一種材料，它可以膨脹、變形、移動，並像遙控機器人一樣遵循電磁指令。圖片來源：美國普林斯頓大學

該超材料由許多互為鏡像的可重構單元組成，這些單元之間的手性關係使得複雜的運動成為可能。只需輕微的電磁刺激，就能促使Metabot進行大幅度的扭轉、收縮等動作。這項技術有望推動柔性機器人、航空航太工程、能量吸收及體溫調節等多個領域取得進步。

另外一個潛在應用是醫療領域。比如未來可以通過類似的機器人將藥物精確輸送到身體特定部位，或者輔助外科手術修復受損組織。

團隊還展示了這種材料作為溫度調節器的能力。在實驗中，他們成功地將表面溫度從27攝氏度調整到70攝氏度，然後再調回。

這種新材料的關鍵在於其幾何設計。團隊製作了具有特定排列支撐支柱的塑膠管，當壓縮時它會扭曲，而扭曲時它又會被壓縮。這種設計基於折紙中的克雷斯林圖案。通過連接兩個鏡像的克雷斯林管，團隊創建了基礎構建塊，並使每個部分都能獨立回應精確設計的磁場。

由於手性帶來的不對稱行為，這種材料能夠表現出類似於物理系統中的滯後現象，即系統的反應依賴於其內部狀態的歷史變化。這一特性對於模擬難以用數學建模的複雜系統非常有用。長遠來看，這種超材料甚至可能被用來設計模仿電腦電晶體邏輯門的物理結構。

這種材料挑戰了我們對機器人的傳統理解，讓人瞬間聯想到《變形金剛》中的場景。它或許標誌著機器人學進入了一個新的時代。在這個時代中，智能行為可以通過材料本身的特性直接實現，而不需要複雜的內部構造。這一發展會極大地簡化未來機器人設計，並提高其適應性和靈活性。該技術除了應用在醫療領域，也能在提升航空設備性能或改善建築能效方面提供解決方案。長遠來看，它也是對我們思考材料、機器與智能之間關係的一種啟示。

來源：中國科技日報