哈佛大學研究人員開發(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”。現(xiàn)在，哈佛研究人員已經(jīng)提出了一種用于構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)。它們的重復微觀結構允許他們做似乎不可能的事情，當結構收縮而不是膨脹時，像彎曲的扁平透鏡結構。加熱后，甚至像隱形斗篷。

　　除此之外，超材料依賴的子結構是非常具體的，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超材料。現(xiàn)在，來自哈佛大學約翰·鮑爾森工程與應用科學學院(SEAS)和哈佛大學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。

　　“在可重構超材料方面，設計空間非常大，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SEAS副教授Katia Bertoldi說。“通過與設計師和數(shù)學家的合作，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計，并選擇具有所需功能的設計。使用這個工具包，哈佛團隊能夠創(chuàng)建具有復雜幾何形狀的可重構薄壁結構。這些設計也是與尺度無關的，意味著它們可以應用于米尺上的事物，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打印機構建工作原型。結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家James Weaver說。