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【导语】美国普林斯顿大学团队成功研发出一种创新超材料，它能扩展、变形、移动，并像遥控机器人一样遵循电磁指令执行任务。这种无需传统马达或内部齿轮的材料，借鉴了折纸艺术的设计理念，模糊了机器人与材料之间的界限。该成果在《自然》杂志上发表，有望推动柔性机器人、航空航天、医疗等多个领域的革新。这种超材料的关键在于其几何设计，使得智能行为可以直接通过材料本身的特性实现，预示着机器人学新时代的到来。

美国普林斯顿大学团队开发出一(yī)种(zhǒng)创(chuàng)新(xīn)材(cái)料(liào)。它(tā)能(néng)扩(kuò)展(zhǎn)、变(biàn)形(xíng)、移(yí)动(dòng)，并(bìng)像(xiàng)遥(yáo)控(kòng)机(jī)器(qì)人(rén)一(yī)样(yàng)根(gēn)据(jù)电(diàn)磁(cí)指(zhǐ)令(lìng)执(zhí)行(xíng)任(rèn)务(wu)。这(zhè)种(zhǒng)材(cái)料(liào)没(méi)有(yǒu)传(chuán)统(tǒng)的(de)马(mǎ)达(dá)或(huò)内(nèi)部(bù)齿(chǐ)轮(lún)，却(què)能(néng)改(gǎi)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。

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

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(cù)使(shǐ)Metabot进(jìn)行(xíng)大(dà)幅(fú)度(dù)的(de)扭(niǔ)转(zhuǎn)、收(shōu)缩(suō)等(děng)动(dòng)作(zuò)。这(zhè)项(xiàng)技(jì)术(shù)有(yǒu)望(wàng)推(tuī)动(dòng)柔(róu)性(xìng)机(jī)器(qì)人(rén)、航(háng)空(kōng)航(háng)天(tiān)工(gōng)程(chéng)、能(néng)量(liàng)吸(xī)收(shōu)及(jí)体(tǐ)温(wēn)调(diào)节(jié)等(děng)多(duō)个(gè)领(lǐng)域取(qǔ)得(de)进(jìn)步(bù)。

另(lìng)外(wài)一(yī)个(gè)潜(qián)在(zài)应(yīng)用(yòng)是(shì)医(yī)疗(liáo)领(lǐng)域。比(bǐ)如(rú)未(wèi)来(lái)可(kě)以(yǐ)通(tōng)过(guò)类(lèi)似(shì)的(de)机(jī)器(qì)人(rén)将(jiāng)药(yào)物(wù)精(jīng)确(què)输(shū)送(sòng)到(dào)身(shēn)体(tǐ)特(tè)定(dìng)部(bù)位(wèi)，或(huò)者(zhě)辅(fǔ)助(zhù)外(wài)科(kē)手(shǒu)术(shù)修(xiū)复(fù)受(shòu)损(sǔn)组(zǔ)织(zhī)。

团(tuán)队(duì)还(hái)展(zhǎn)示(shì)了(le)这(zhè)种(zhǒng)材(cái)料(liào)作(zuò)为(wèi)温(wēn)度(dù)调(diào)节(jié)器(qì)的(de)能(néng)力(lì)。在(zài)实(shí)验(yàn)中(zhōng)，他(tā)们(men)成(chéng)功(gōng)地(de)将(jiāng)表(biǎo)面(miàn)温(wēn)度(dù)从(cóng)27摄(shè)氏(shì)度(dù)调(diào)整(zhěng)到(dào)70摄(shè)氏(shì)度(dù)，然(rán)后(hòu)再(zài)调(diào)回(huí)。

这(zhè)种(zhǒng)新(xīn)材(cái)料(liào)的(de)关键在(zài)于(yú)其(qí)几(jǐ)何(hé)设(shè)计(jì)。团(tuán)队(duì)制(zhì)作(zuò)了(le)具(jù)有(yǒu)特(tè)定(dìng)排(pái)列(liè)支(zhī)撑(chēng)支(zhī)柱(zhù)的(de)塑(sù)料(liào)管(guǎn)，当(dāng)压(yā)缩(suō)时(shí)它(tā)会(huì)扭(niǔ)曲(qū)，而(ér)扭(niǔ)曲(qū)时(shí)它(tā)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。

【总编辑圈点】

这种材料挑战了我们对机器人的传统理解，让人瞬间联想到《变形金刚》中的场景。它或许标志着机器人学进入了一个新的时代。在这个时代中，智能行为可以通过材料本身的特性直接实现，而不需要复杂的内部构造。这一发展会极大地简化未来机器人设计，并提高其适应性和灵活性。该技术除了应用在医疗领域，也能在提升航空设备性能或改善建筑能效方面提供解决方案。长远来看，它也是对我们思考材料、机器与智能之间关系的一种启示。

（原标题为《受折纸艺术启发，可移动可变形的新型超材料问世》）