來自馬德里卡洛斯三世大學(xué) （UC3M） 和哈佛大學(xué)的科學(xué)家們已經(jīng)通過實(shí)驗(yàn)證明，可以重新編程具有磁性的創(chuàng)新人造材料（稱為超材料）的機(jī)械和結(jié)構(gòu)行為，而無需修改其成分。這項(xiàng)技術(shù)為生物醫(yī)學(xué)和軟機(jī)器人等領(lǐng)域的創(chuàng)新打開了大門。這項(xiàng)研究最近發(fā)表在《先進(jìn)材料》雜志上，詳細(xì)介紹了如何通過使用分布在整個(gè)結(jié)構(gòu)中的柔性磁體來重新編程這些機(jī)械超材料。

“我們提案的創(chuàng)新之處在于將小型柔性磁體集成到旋轉(zhuǎn)菱形矩陣中，只需改變這些磁體的分布或施加外部磁場，就可以改變結(jié)構(gòu)的剛度和能量吸收能力。這賦予了傳統(tǒng)材料或自然界中不存在的獨(dú)特特性。

“當(dāng)我們?cè)O(shè)計(jì)新材料時(shí)，我們通常會(huì)關(guān)注它們的化學(xué)成分和微觀結(jié)構(gòu)，但對(duì)于超材料，我們也可以玩弄它們的內(nèi)部幾何形狀和空間排列，”該研究的作者之一、來自 UC3M 連續(xù)介質(zhì)力學(xué)和結(jié)構(gòu)分析系的 Daniel García-González 解釋說。

玩00:00這一突破代表了朝著創(chuàng)建可重構(gòu)機(jī)械結(jié)構(gòu)邁出的重要一步，該結(jié)構(gòu)在機(jī)器人、沖擊保護(hù)和航空航天工程等領(lǐng)域非常有用。據(jù)研究人員稱，這種超結(jié)構(gòu)的應(yīng)用幾乎是無限的。

“從軟機(jī)器人中的沖擊保護(hù)結(jié)構(gòu)和自適應(yīng)組件到外骨骼中的智能減震系統(tǒng)。在運(yùn)動(dòng)領(lǐng)域，它們可用于通過融入其中的元素的相互作用來改變運(yùn)動(dòng)鞋鞋底的機(jī)械響應(yīng)，使某些區(qū)域更加靈活或堅(jiān)硬，以改善人或跑步者的腳步。

“生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域也出現(xiàn)了創(chuàng)新的可能性。例如，我們可以在阻塞的血管中引入這些結(jié)構(gòu)的修飾，并通過施加外部磁場來擴(kuò)展矩陣以疏通它，“另一位研究人員 Josué Aranda Ruiz 指出，他也來自 UC3M 的連續(xù)介質(zhì)力學(xué)和結(jié)構(gòu)分析系。

玩00:00為了進(jìn)行這項(xiàng)研究，UC3M 和哈佛大學(xué)的研究人員將不同材料的鑒定和表征與它們作為磁方向函數(shù)的行為分析相結(jié)合。

為此，他們研究了磁體的取向、剩余磁化強(qiáng)度和剛度如何影響超材料的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)響應(yīng)，證明仔細(xì)的重新取向可以顯著調(diào)整其行為。然后，他們分析了它與大型結(jié)構(gòu)的集成以進(jìn)行動(dòng)態(tài)沖擊測試。

“通過修改磁體的位置來調(diào)制它們之間的磁相互作用，我們可以在材料中實(shí)現(xiàn)完全不同的行為，”該研究的另一位作者、UC3M 連續(xù)介質(zhì)力學(xué)和結(jié)構(gòu)分析系的第三位研究員 Carlos Pérez-García 補(bǔ)充道。