研究人員設計了一種可自動摺疊的超材料

物體越複雜，摺疊起來就越困難。太空衛星通常需要許多小型馬達來摺疊儀器，人們很難簡單地摺疊路線圖。來自萊頓和阿姆斯特丹的物理學家們現在設計了一種結構，可以分幾步自動摺疊起來。

該研究的結果發表在Nature（「Multi-step self-guided pathways in shape-changing metamaterials」）上。

你錯誤地摺疊路線圖的頻率是多少？摺疊原理很簡單，但它涉及需要按正確順序執行幾個步驟。與衛星摺疊進出的遮陽板和儀器臂相比，路線圖是無不足道的。每個步驟都需要一個小馬達，可以在適當的時刻執行任務。

物理學家Martin van Hecke（萊頓大學/ 原子和分子物理學研究所）和Corentin Coulais（阿姆斯特丹大學）與他們的學生一起，現在設計了一種結構，當兩側施加輕微壓力時，這種結構可以分幾步摺疊起來。

圖示為一種超材料，它可以分三步摺疊起來。（圖片來源：阿姆斯特丹大學）

內置摺疊過程

「在自然界中可以找到許多多級摺疊過程，」Coulais說。「蛋白質在幾個步驟中摺疊起來，包括內置的自我修正。然而，在技術方面，這些步驟不是自動發生的，並且需要幾個馬達。我們想看看你是否可以生產具有內置、自動、多級摺疊的人造材料，以便不再需要摺疊馬達。」

橡膠結構

研究人員使用10厘米寬的橡膠結構，這些結構由於其組塊的靈活連接而可旋轉。他們通過不同的連接厚度來設計摺疊順序。在結構的側面施加壓力迫使其成為新的、更緊湊的結構。

隨後施加更多壓力進入摺疊過程中的下一步驟。這種結構或所謂的超材料，分三步摺疊，這是一個記錄。該結構也有一個內置的自我糾正機制。如果生產錯誤導致連接落在形成層之外，則相鄰的組塊將不正確地旋轉。然而，這些組塊隨後撞到其他組塊，從而將它們推入正確的位置。

從基礎到應用

目前，研究人員認為他們的發現在基礎層面上向前邁進了一步，儘管許多應用是可以想像的。

Van Hecke說：「例如，自動摺疊和自校正在航天工業中是很重要的，因為很多都可能出錯，而錯誤是不能發生的。同樣的，如果醫療探針在摺疊時卡住，它將更難從身體上移除。我們現在試圖模擬這種自動摺疊過程，並通過使用更簡單的結構來理解它。只有從基礎層面理解它，才有可能設計出具有實際應用的複雜結構。」

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