科技日報記者 劉霞
美國科學(xué)家研發(fā)出一種形似“中國燈籠”的聚合物結(jié)構(gòu)，通過壓縮或扭曲等簡單操作，就能快速變換出十幾種不同的三維彎曲形態(tài)。更引人矚目的是，這種變形過程可通過磁場遠(yuǎn)程操控，大大拓展了其應(yīng)用潛力。相關(guān)研究成果發(fā)表于最新一期《自然·材料》雜志。
這項研究由美國北卡羅來納州立大學(xué)與賓夕法尼亞大學(xué)的科研團隊合作完成。研究團隊先將聚合物薄片切割成鉆石狀的平行四邊形，再于每條邊中央刻出一排平行縫隙，從而在薄片上下兩側(cè)形成由實心材料條連接的均勻色帶。接著，將上下實心條的左右兩端相連，便構(gòu)成了一個近似“中國燈籠”的三維結(jié)構(gòu)。
研究團隊表示，這一基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)本身具有“雙穩(wěn)態(tài)”特性。若從頂部向下壓縮結(jié)構(gòu)，它會逐漸變形，直至達(dá)到某個臨界點，瞬間轉(zhuǎn)變?yōu)轭愃菩D(zhuǎn)陀螺的第二種穩(wěn)定形態(tài)。此時，結(jié)構(gòu)已儲存了此前壓縮所注入的全部能量。一旦向上拉起結(jié)構(gòu)，能量便會瞬間釋放，使其迅速恢復(fù)為最初的燈籠形態(tài)。
研究還發(fā)現(xiàn)，通過扭曲結(jié)構(gòu)、將燈籠頂部或底部的實心條向內(nèi)或外折疊，或是組合使用這些操作，還能創(chuàng)造出更多形態(tài)。
通過在結(jié)構(gòu)底部實心條上附著磁性薄膜，研究團隊實現(xiàn)了利用磁場遠(yuǎn)程控制結(jié)構(gòu)的壓縮與扭曲。他們還演示了基于雙穩(wěn)態(tài)切換的多種應(yīng)用場景，例如非侵入式魚類捕捉器、可調(diào)控水流開合的過濾器等。
這類“燈籠”結(jié)構(gòu)未來有望組裝成二維或三維系統(tǒng)，在可變形的機械超材料與機器人技術(shù)領(lǐng)域大展身手。
