科學家用3D列印開發出了可編程超材料

OFweek3D列印網訊 想像一個這樣的假肢，它永遠不會擦傷您，而且戴上就像一隻手套那樣舒服。近日，來自以色列特拉維夫和荷蘭的科學家團隊已經開發出一種方法來生產可編程的超材料（metamaterial），這不僅可能改變殘疾人的生活，甚至有可能顛覆整個可穿戴技術和軟機器人領域。

「可編程機器材料很適合用於假肢或者可穿戴技術，因為在這方面與身體的匹配是很重要的。」特拉維夫大學（TAU）機械工程學院的Yair Shokef博士稱：「如果我們能夠打造出更為複雜的構建基塊，或者用其它材料來製造它們，那麼可能性真的是無窮無盡。」

Yair Shokef博士

研究團隊通過用一台3D印表機列印出來的超材料方塊證明了他們的概念。當他們在兩個擁有特定圖案的表面之間被壓縮時，一個笑臉圖案就出現在了方塊的一側。

眾所周知，普通的材料，無論是您的電腦顯示器還是咖啡杯，甚至您的貓，都是由原子和分子組成的。材料的狀態（固體、液體、氣體等）和它的特性（如導電率、硬度等）都是由它們的化學成分決定的，Shokef解釋說。

而超材料則是一種由人來設計的材料，它是由比原子或分子更大的基本單位組成的，因此其狀態和特性都是由基本單位的屬性，而非其化學成分，決定的。

「儘管超材料都是由相同的基本材料（分子、原子）組成的，但是構建超材料的基本單元尺寸會更大，往往以納米、微米，甚至毫米或厘米計。實際上我們人為地創造了有這些單元組成的一個結構，它的特性是由幾何結構決定的。」Shokef解釋說。

比如普通的鑽石，它是碳原子按照一個特定的結構，在原子尺度（10的負10次方米）上不斷複製構建的。「而在超材料中，對象是在更大的尺度上重複自己的幾何結構。」他說。

事情的重點在於：當您在更大尺度上，使用更大的基本單位（不是原子）來設計材料時，您就有更多的能量去控制其「晶體」排列，於是理論上，我們就能夠控制該物質的物理特性。這也是科學家們進行3D列印超材料笑臉測試的目的。

據了解，實驗中的這個超材料經過了特定的編程，這樣它在受到來自一個方向上帶立體圖案的表面的壓縮時，就會在其他方向上產生編程設定的立體圖案變形（凹陷和突起）。「在一個看似正常的方塊上，當它被壓縮時，一個特定圖案就凸顯了出來。」Shokef博士說：「在這個超材料中，這些設計都是由人來完成的，其空間結構決定了材料的行為。」

科學家們的這項研究成果被發表在了本周出版的《Nature》雜誌中，論文的題目是《帶紋理機超材料的組合設計（Combinatorial Design of Textured Mechanical Metamaterials）》。

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