哈佛大學(xué)研究人員開發(fā)出改變超材料形狀的工具包

　　超材料是一個幾乎神奇的材料種類，可以做似乎不可能的事，但它們一次只能執(zhí)行一個“奇跡”?，F(xiàn)在，哈佛研究人員已經(jīng)提出了一種用于構(gòu)建從一種形狀和功能流向另一種形狀和折射的超材料工具包。

　　據(jù)了解，超材料自從20世紀40年代以來就一直存在，但只是近幾年才發(fā)展起來。與常規(guī)物質(zhì)不同，超材料具有獨立的功能和性質(zhì)。它們的重復(fù)微觀結(jié)構(gòu)允許他們做似乎不可能的事情，當結(jié)構(gòu)收縮而不是膨脹時，像彎曲的扁平透鏡結(jié)構(gòu)。加熱后，甚至像隱形斗篷。

　　除此之外，超材料依賴的子結(jié)構(gòu)是非常具體的，所以每個超材料一次只能做一件事。去年，哈佛研究人員展示了一種克服這種限制的方法，使用由薄聚合物片制成的可重構(gòu)超材料。現(xiàn)在，來自哈佛大學(xué)約翰·鮑爾森工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院(SEAS)和哈佛大學(xué)生物靈感工程懷斯研究所的一個團隊開發(fā)了一個更通用的框架，幫助工程師創(chuàng)建可以改變形狀和功能的超材料。

　　“在可重構(gòu)超材料方面，設(shè)計空間非常大，所以挑戰(zhàn)在于想出最佳的策略來探索它，”John L.Leb自然科學(xué)SEAS副教授Katia Bertoldi說。“通過與設(shè)計師和數(shù)學(xué)家的合作，我們找到了一種方法推廣這些規(guī)則，并快速生成許多有趣的設(shè)計。”

　　從簡單的形狀(例如擠出的立方體)開始，團隊開發(fā)了計算機模型，允許他們創(chuàng)建和評估幾乎一百萬個設(shè)計，并選擇具有所需功能的設(shè)計。使用這個工具包，哈佛團隊能夠創(chuàng)建具有復(fù)雜幾何形狀的可重構(gòu)薄壁結(jié)構(gòu)。這些設(shè)計也是與尺度無關(guān)的，意味著它們可以應(yīng)用于米尺上的事物，例如變換太陽能電池板;到納米尺度，如可重新配置的超材料。

　　通過計算機模型，團隊使用激光切割紙板、雙面膠帶和多材料3D打印機構(gòu)建工作原型。結(jié)果是超材料可以沿著邊緣折疊以改變3D模型形狀，就像折紙一樣。

　　“現(xiàn)在我們已經(jīng)解決了設(shè)計形式化的問題，我們可以開始考慮以更小規(guī)模制造和重新配置這些超材料的新方法，”Wyss Weaver研究所高級研究科學(xué)家James Weaver說。