超材料重大突破   自帶程式的「智慧流體」

編譯/高晟鈞

如今液體都擁有「智慧」了嗎?

哈佛大學SEAS研究團隊成功開發出一種被稱為「智慧流體」的可編程多工超材料「Metafluid」,據說可以自由調節彈性、光學特性與黏稠度,甚至可以在牛頓與非牛頓流體間轉換。智慧流體的應用領域從智能液壓機器、程式機器人到光學設備都有著巨大的應用潛力。

哈佛大學SEAS研究團隊成功開發出一種被稱為「智慧流體」的可編程多工超材料「Metafluid」。圖取自ScitechDaily

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超材料是什麼?

超材料是一種可經由設計以達到特殊性質的人工材料,不存在於自然界,其性質主要是因為其「特殊結構」,而非材料所致。舉例來說,可以將電磁波想像成細小的河川,當河川碰到一個小石子時,應當若無其事地流過。然而,倘若遇到一整排的碎石(像是電子),那麼根據碎石的排列、形狀與大小,水流也會有不同的流動方式,如同電磁波與電子交互作用的現象。

到目前為止,仍沒有辦法精細控制石子的排列,能做的便是設計一大群巨石,並將細川(短波長)換成大河(長波長),以這種概念所設計出的材料便是超材料。

智慧流體Metafluid

超材料有很多種,而大多超材料以固體為主。而Metafluid的特殊之處便是其獨特的流動能力,與適應各種容器形狀的能力。研究團隊生產了數十萬個這種可塑性極高的球形膠囊,膠囊內充滿空氣,懸浮於矽油中。當液體內部壓力增加時,膠囊會塌陷,形成透鏡狀的半球體。當壓力消除後,膠囊會彈回球形。

當膠囊呈圓形時,它們會散射光線,使液體變得不透明,就像氣泡使充氣水呈現白色一樣。但當施加壓力並且膠囊塌陷時,它們就像微透鏡一樣,聚焦光線並使液體透明。這些光學特性可用於一系列應用,例如根據壓力改變顏色的電子墨水。

另一方面,研究人員也透過將Metafluid加入液壓機器人中,用空氣和水作為對照,通過抓取玻璃瓶、鵪鶉蛋與藍莓,來表現Metafluid能對應不同物體,產生不同抓力的原理。

不同於由水與空氣驅動的傳統液壓系統,Metafluid無須任何感測或額外程式書寫,其本身會回應不同的壓力,改變其流動性來調整夾具的力量,進而拿起沉重的瓶子、精緻的鵪鶉蛋與一顆小藍莓。「這種智慧液體,彷彿真的擁有簡單的機器人智能一般。」作者Adel Djellouli說道。

資料來源:ScitechDaily

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