化工儀器網(wǎng)手機版
移動端訪問更便捷
今日焦點 Today's Focus
查看更多+-
關(guān)注水質(zhì)安全，“高品質(zhì)供水水質(zhì)分析與檢測技術(shù)線上研討會”開課在即
2025年5月7日14:00，化工儀器網(wǎng)特舉辦“高品質(zhì)[詳細]
形超材料問世：從折紙藝術(shù)到“元機器人”的范式革命
2025年04月29日 15:19:36
來源：化工儀器網(wǎng) 點擊量：1193
美國一雜志發(fā)表突破性成果：一種無需電機或齒輪、僅通過電磁場驅(qū)動即可實現(xiàn)動態(tài)變形與移動的超材料問世。
在機器人技術(shù)與材料科學的交叉領(lǐng)域，美國普林斯頓大學團隊近日于《自然》雜志發(fā)表突破性成果：一種無需電機或齒輪、僅通過電磁場驅(qū)動即可實現(xiàn)動態(tài)變形與移動的超材料問世。這項技術(shù)通過模仿折紙藝術(shù)的幾何原理，首次將材料的功能性與機器人的智能性深度融合，標志著智能材料領(lǐng)域進入“無機械結(jié)構(gòu)”的新紀元。
該超材料的核心創(chuàng)新在于其克雷斯林圖案(Kresling pattern)的模塊化結(jié)構(gòu)。研究團隊以塑料管為基底，內(nèi)置特定排列的支撐支柱，通過壓縮與扭轉(zhuǎn)的耦合效應實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換——當塑料管被壓縮時，其螺旋結(jié)構(gòu)會自發(fā)扭曲，而扭曲過程又進一步驅(qū)動壓縮，形成閉環(huán)反饋。這種“壓縮-扭轉(zhuǎn)”機制借鑒了折紙中的雙穩(wěn)態(tài)折疊原理，即材料在兩種穩(wěn)定形態(tài)間切換時無需持續(xù)能量輸入，僅需初始電磁脈沖即可觸發(fā)。
為構(gòu)建復雜運動能力，團隊將兩個鏡像對稱的克雷斯林管連接為基本單元，并通過手性不對稱設(shè)計(chiral asymmetry)賦予其方向性。當置于交變磁場中時，磁性復合材料層與塑料基體的相互作用導致單元間產(chǎn)生協(xié)同形變，最終實現(xiàn)材料的整體膨脹、收縮、扭轉(zhuǎn)甚至定向移動。實驗數(shù)據(jù)顯示，僅需0.1特斯拉的弱磁場即可驅(qū)動材料完成±90°扭轉(zhuǎn)，形變幅度達原始尺寸的300%，且響應延遲低于50毫秒。
研究團隊將該超材料命名為“元機器人”(Metabot)，強調(diào)其“材料即機器”的屬性。與傳統(tǒng)機器人依賴齒輪、電機等機械結(jié)構(gòu)不同，Metabot的智能行為完全由物理結(jié)構(gòu)與電磁場的交互決定：模塊化可編程性：通過組合不同幾何參數(shù)的克雷斯林單元，可設(shè)計出具有特定運動軌跡的Metabot，例如模擬蛇形爬行的波浪式變形或仿生章魚的觸手抓取。非接觸式操控：磁場穿透性使Metabot能在密閉空間(如人體血管或航天器艙體)內(nèi)遠程作業(yè)，避免傳統(tǒng)機械臂的剛性碰撞風險。能量效率：形變能量存儲于材料內(nèi)部，回收率高達85%，顯著優(yōu)于傳統(tǒng)驅(qū)動器(通常低于40%)。
在實驗中，團隊展示了Metabot的醫(yī)療應用潛力：通過編程控制其形變路徑，可實現(xiàn)毫米級精度的藥物膠囊推送，并在模擬血管環(huán)境中以0.5mm/s速度自主導航。此外，Metabot的熱響應特性亦令人矚目——在20秒內(nèi)將表面溫度從27℃提升至70℃，并維持±1℃的穩(wěn)態(tài)波動，為微創(chuàng)手術(shù)中的組織消融提供了新工具。
研究團隊已啟動與NASA、強生等機構(gòu)的合作，計劃在2027年前完成原型驗證。若成功突破產(chǎn)業(yè)化瓶頸，Metabot或?qū)⒊蔀榈谒拇喂I(yè)革命的“基石材料”，推動“智能物質(zhì)”時代加速到來。從折紙藝術(shù)的古老智慧到超材料的未來科技，Metabot的誕生不僅顛覆了“機器人”的定義，更揭示了材料科學與信息技術(shù)的深層融合。
相關(guān)閱讀 Related Reading
查看更多+-
全球最大長讀長RNA測序數(shù)據(jù)集發(fā)布：開啟精準診療新時代
G-NEx采用的長讀長測序技術(shù)突破技術(shù)瓶頸，單次測序讀長可達10kb以上，能直接讀取完整的RNA分子。2025-04-30 17:34:22 -
聚焦細分領(lǐng)域創(chuàng)新！富安達智能攜高精度氣體傳感器閃耀IE expo China 2025
作為一家專業(yè)從事傳感器應用硬件的企業(yè)，富安達智能攜多款氣體傳感器等創(chuàng)新成果驚艷亮相IE expo China 2025。2025-04-30 16:22:53 -
青島海洋科技大市場：打造海洋科技成果轉(zhuǎn)化“加速器”
2024年4月以來，青島海洋科技大市場已累計遴選發(fā)布科技成果4040項。2025-04-30 16:22:45 -
iPS細胞通過基因重編程技術(shù)，將普通細胞轉(zhuǎn)化為具有多向分化潛能的干細胞，為治療失明、心臟病、帕金森病等疑難病癥提供了可能。2025-04-30 16:22:32
-
4月份我國制造業(yè)PMI為49% 企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營總體穩(wěn)定
4月份，制造業(yè)采購經(jīng)理指數(shù)（PMI）為49%。2025-04-30 16:02:30 -
工信部發(fā)布2025質(zhì)量工作通知 加快質(zhì)量技術(shù)創(chuàng)新應用
近日，工業(yè)和信息化部辦公廳發(fā)布關(guān)于做好2025年工業(yè)和信息化質(zhì)量工作的通知。2025-04-30 14:03:02
版權(quán)與免責聲明
- ①凡本網(wǎng)注明“來源：化工儀器網(wǎng)”的所有作品，均為浙江興旺寶明通網(wǎng)絡(luò)有限公司-化工儀器網(wǎng)合法擁有版權(quán)或有權(quán)使用的作品，未經(jīng)本網(wǎng)授權(quán)不得轉(zhuǎn)載、摘編或利用其他方式使用上述作品。已經(jīng)本網(wǎng)授權(quán)使用作品的，應在授權(quán)范圍內(nèi)使用，并注明“來源：化工儀器網(wǎng)”。違反上述聲明者，本網(wǎng)將追究其相關(guān)法律責任。
- ②本網(wǎng)轉(zhuǎn)載并注明自其他來源（非化工儀器網(wǎng)）的作品，目的在于傳遞更多信息，并不代表本網(wǎng)贊同其觀點和對其真實性負責，不承擔此類作品侵權(quán)行為的直接責任及連帶責任。其他媒體、網(wǎng)站或個人從本網(wǎng)轉(zhuǎn)載時，必須保留本網(wǎng)注明的作品第一來源，并自負版權(quán)等法律責任。
- ③如涉及作品內(nèi)容、版權(quán)等問題，請在作品發(fā)表之日起一周內(nèi)與本網(wǎng)聯(lián)系，否則視為放棄相關(guān)權(quán)利。
