如今越來(lái)越多的新型材料走入科學(xué)家的視野，新材料的突破，往往引發(fā)劃時(shí)代的產(chǎn)業(yè)革命，改變我們所處世界的屬性。最近一大波科學(xué)家研究出了新型的變形材料…它們的出現(xiàn)有怎樣的重大意義？將引發(fā)何種的變革？

    變形材料：能隨時(shí)改變形狀、大小、硬度

    變型材料開(kāi)始逐漸受到市場(chǎng)和投資人的關(guān)注，它既可以改變大小，體積和形狀，還可以在折疊平放情況下承受一頭大象的重量而完好無(wú)損，事后迅速恢復(fù)其形狀和結(jié)構(gòu)，這意味著它可以用來(lái)制造一種獨(dú)特的材料，處于某個(gè)形狀時(shí)容易變形，處于另一個(gè)形狀時(shí)則堅(jiān)硬無(wú)比。

    這種變形顯然不是分子層面的做結(jié)構(gòu)材料的，而是先在一個(gè)片狀材料上劃好痕跡或者挖幾個(gè)孔，然后就可以實(shí)現(xiàn)拉伸大形變。同時(shí)這種形變是可恢復(fù)的。現(xiàn)在的技術(shù)大多要求都是形變要盡量小，主要包括剪紙?jiān)斐傻牟牧洗笮巫儯约罢奂埞に嚕ㄒ簿褪侵娜终郫B所引發(fā)的技術(shù)）。

    其在建筑領(lǐng)域的突破不言而喻，舉個(gè)例子，變形材料在地震受力到了一定值后只會(huì)慢慢地倒，而且達(dá)到屈服后還能繼續(xù)承受等量或更多荷載，這是一種吸能能力的體現(xiàn)。也就是說(shuō)地震震一下，變形結(jié)構(gòu)短時(shí)間內(nèi)就屈服彎曲了，但是還挺立著。又一次更強(qiáng)的震動(dòng)來(lái)了，彎的更厲害了，依舊挺立。

    而今哈佛、麻省理工大學(xué)在該技術(shù)上更進(jìn)一步。

    變形材料應(yīng)用：平地起高樓？

    最近哈佛工程應(yīng)用科學(xué)學(xué)院設(shè)計(jì)出一款3-D薄壁結(jié)構(gòu)，該材料由若干個(gè)單獨(dú)的模塊構(gòu)成，每個(gè)模塊包含6個(gè)開(kāi)口的立方體，在氣動(dòng)傳輸器的作用下發(fā)生變形。其成果近日發(fā)表于《自然通訊》雜志。

    該結(jié)構(gòu)是在“snapology”的折紙技術(shù)啟發(fā)下研制的，snapology技術(shù)也被稱為“模塊化折紙”，其結(jié)構(gòu)單位由64個(gè)單元立方體組成，研究團(tuán)隊(duì)將64個(gè)單元立方體相連，創(chuàng)造了一個(gè)新4x4x4的大立方體。這些立方體可以像折紙一般沿其邊緣進(jìn)行折疊從而發(fā)生形狀的改變。研究小組已經(jīng)證實(shí)立方體可以變換為多種不同的形狀。

    立方體中嵌有氣動(dòng)制動(dòng)元件，人們可以對(duì)該元件進(jìn)行編程，在不需要任何外部輸入的情況下使立方體發(fā)生形狀和大小改變。

    由于該立方體結(jié)構(gòu)的改變不僅會(huì)引起形狀的改變，還會(huì)引起剛性的改變，這就意味著利用類似的設(shè)計(jì)，人們可以制作出一種既可以非常柔軟也可以非常堅(jiān)硬的材料。

    而且這種材料中可以嵌入任何一種類型的制動(dòng)器，包括熱，電介質(zhì)，甚至是水。

    負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)的研究人員指出，這種結(jié)構(gòu)系統(tǒng)在動(dòng)態(tài)建筑領(lǐng)域非常具有吸引力，包括搭建便攜式庇護(hù)所，自適應(yīng)建筑以及可伸展的屋頂，便于拆卸和組裝。伴隨著變形過(guò)程，該材料硬度將發(fā)生改變，這樣的建筑結(jié)構(gòu)可以再次豎立起來(lái)。

    “盡管目前這項(xiàng)技術(shù)還主要依賴于標(biāo)準(zhǔn)力學(xué)，在應(yīng)用上已經(jīng)取得了很大的突破，包括對(duì)表面和結(jié)構(gòu)的整合，制造的簡(jiǎn)易性，以及特有的扁平折疊性”Hoberman教授說(shuō)。

    這種材料還用于研制新類型可移動(dòng)式屋頂，按照設(shè)計(jì)需要，將屋頂折疊起來(lái)或者改變墻壁外形。通過(guò)結(jié)合這些擠壓立方體成為一個(gè)較大的3D組裝結(jié)構(gòu)，研究人員能夠建造具有新奇屬性的建筑材料。

    變形材料應(yīng)用：在風(fēng)中馳騁

    有獨(dú)無(wú)偶，幾天前，美國(guó)麻省理工學(xué)院的工程師Pedro Reis也發(fā)明了一種名叫“smorph”的變型材料，其旨在通過(guò)變型材料的不斷自動(dòng)微調(diào)來(lái)加快物體運(yùn)動(dòng)速度。

    這種smorph材料共有三層，最中間是一個(gè)核，核外圍是一層又厚又黏的混合聚合物，最外層使用了相對(duì)較硬的物質(zhì)來(lái)。其原理與葡萄干制作過(guò)程相似，當(dāng)核中的空氣被抽出一定量時(shí)，中間層發(fā)生收縮，因此外殼受到空氣壓力發(fā)生形變。這種“變型”使得運(yùn)動(dòng)的smorph球周圍產(chǎn)生微型渦流，形成保護(hù)膜，隔絕周圍空氣的影響，從而加快了速度。該材料未來(lái)可用于汽車或飛機(jī)等交通工具的制造。

    寶馬公司的“變形汽車”概念嘗試

    相比科學(xué)家的象牙塔技術(shù)，寶馬公司已經(jīng)將變型材料融入自己的概念車型之中。

    日前，寶馬公司在其百周年慶中展示了一款新型的概念汽車，名叫Vision Vehicle。其設(shè)計(jì)便采用了變形材料，它可以帶來(lái)某種程度的變形能力，把車輪與車身融為一體。車輪轉(zhuǎn)向過(guò)程中，無(wú)論處于何種位置，車身始終能像一層柔軟的皮膚一樣包裹住車輪。

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責(zé)任編輯：劉洋

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