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无人车能够利用液态金属变形和弯曲 。 图片来源：弗吉尼亚理工大学
想象一下一辆小型自动驾驶汽车正在陆地上行驶 ， 却突然将自己压扁 ， 变成四轴飞行器飞走 。 据发表在最新一期《科学·机器人》杂志上的研究 ， 美国团队设计了一种在材料层面改变形状的新方法 ， 使用橡胶、金属和温度对材料进行变形并将它们固定在没有电机或滑轮的位置 。
“当开始这个项目时 ， 我们想要一种可做3件事的材料：改变形状、保持形状 ， 然后恢复到原始配置 ， 并在多个周期内完成 。 ”弗吉尼亚理工大学机械工程系助理教授迈克尔·巴特利特说 。
为了创造一个可变形结构 ， 该团队借鉴了剪纸艺术 。 通过观察橡胶和复合材料中这些剪纸图案的强度 ， 该团队创建出了具有重复几何图案的材料结构 。
接下来 ， 研究人员开发出一种能够保持形状但允许按需消除该形状的材料 。 他们引入了一种由嵌入橡胶皮内的低熔点合金（LMPA）制成的内骨架 。 通常 ， 当金属被拉伸得太远时 ， 金属会永久弯曲、断裂或拉伸成固定的、无法再用的形状 。 而将特殊合金嵌入橡胶后 ， 当拉伸时 ， 这种复合材料可迅速保持所需的形状 ， 非常适合可立即承重的柔性变形材料 。
【材料|机器人既能“地上跑”也能“天上飞”】最后 ， 材料必须使结构恢复到原来的形状 。 研究团队在LMPA网格旁加入柔软的卷须状加热器 。 加热器使金属在60℃或铝熔化温度的10%时转化为液体 。 弹性体表皮将熔化的金属保持在原位 ， 然后将材料拉回原来的形状 ， 扭转拉伸 ， 使复合材料具有“可逆塑性” 。 金属冷却后 ， 它再次有助于保持结构的形状 。
研究人员发现 ， 这种受剪纸启发的复合设计可创造出复杂的形状 ， 从圆柱体到球状再到凹凸形状 。 形状改变也可快速实现：用球撞击后 ， 形状改变并在不到1/10秒内固定到位 。 此外 ， 如果材料破裂 ， 可通过熔化和重整金属内骨架来多次修复 。
总编辑圈点
大自然中很多有机体都可改变形状以执行不同的功能 。 譬如章鱼能大幅改变形状来移动、进食或者与环境互动；人类也能弯曲肌肉进行支撑并保持；植物则可全天候移动以捕捉阳光 。 但在工程学中能否实现仍然未知 。 现在 ， 一种变形复合材料不但强度足够 ， 还很容易变形 ， 使得机器人能最大化适应环境 。 未来这一材料带给我们的 ， 不仅是执行多种功能任务的新一代机器人 ， 还将有受损后自我修复的弹性设备 ， 能在人机界面和可穿戴方面激发丰富的应用 。
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