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科學(xué)家用3D打印研究可穿戴的柔性超材料

2016年8月9日 來(lái)源:科工網(wǎng)-國(guó)際互聯(lián)網(wǎng)+生態(tài)服務(wù)平臺(tái) 瀏覽 516 次 評(píng)論 0 次

    想象一個(gè)這樣的假肢,它永遠(yuǎn)不會(huì)擦傷您,而且戴上就像一只手套那樣舒服。近日,來(lái)自以色列特拉維夫和荷蘭的科學(xué)家團(tuán)隊(duì)已經(jīng)開(kāi)發(fā)出一種方法來(lái)生產(chǎn)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(gè)可穿戴技術(shù)和軟機(jī)器人領(lǐng)域。

    “可編程機(jī)器材料很適合用于假肢或者可穿戴技術(shù),因?yàn)樵谶@方面與身體的匹配是很重要的?!碧乩S夫大學(xué)(TAU)機(jī)械工程學(xué)院的Yair Shokef博士稱:“如果我們能夠打造出更為復(fù)雜的構(gòu)建基塊,或者用其它材料來(lái)制造它們,那么可能性真的是無(wú)窮無(wú)盡?!?/span>

      研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)用一臺(tái)3D打印機(jī)打印出來(lái)的超材料方塊證明了他們的概念。當(dāng)他們?cè)趦蓚€(gè)擁有特定圖案的表面之間被壓縮時(shí),一個(gè)笑臉圖案就出現(xiàn)在了方塊的一側(cè)(見(jiàn)下面的視頻)

      眾所周知,普通的材料,無(wú)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(tài)(固體、液體、氣體等)和它的特性(如導(dǎo)電率、硬度等)都是由它們的化學(xué)成分決定的,Shokef解釋說(shuō)。

而超材料則是一種由人來(lái)設(shè)計(jì)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(tài)和特性都是由基本單位的屬性,而非其化學(xué)成分,決定的。

“盡管超材料都是由相同的基本材料(分子、原子)組成的,但是構(gòu)建超材料的基本單元尺寸會(huì)更大,往往以納米、微米,甚至毫米或厘米計(jì)。實(shí)際上我們?nèi)藶榈貏?chuàng)造了有這些單元組成的一個(gè)結(jié)構(gòu),它的特性是由幾何結(jié)構(gòu)決定的?!?/span>Shokef 解釋說(shuō)。

    比如普通的鉆石,它是碳原子按照一個(gè)特定的結(jié)構(gòu),在原子尺度(10的負(fù)10次方米)上不斷復(fù)制構(gòu)建的。“而在超材料中,對(duì)象是在更大的尺度上重復(fù)自己的幾何結(jié)構(gòu)?!彼f(shuō)。

事情的重點(diǎn)在于:當(dāng)您在更大尺度上,使用更大的基本單位(不是原子)來(lái)設(shè)計(jì)材料時(shí),您就有更多的能量去控制其“晶體”排列,于是理論上,我們就能夠控制該物質(zhì)的物理特性。這也是科學(xué)家們進(jìn)行3D打印超材料笑臉測(cè)試的目的。


      據(jù)中國(guó)3D打印網(wǎng)了解,實(shí)驗(yàn)中的這個(gè)超材料經(jīng)過(guò)了特定的編程,這樣它在受到來(lái)自一個(gè)方向上帶立體圖案的表面的壓縮時(shí),就會(huì)在其他方向上產(chǎn)生編程設(shè)定的立體圖案變形(凹陷和突起)?!霸谝粋€(gè)看似正常的方塊上,當(dāng)它被壓縮時(shí),一個(gè)特定圖案就凸顯了出來(lái)?!?/span>Shokef博士說(shuō):“在這個(gè)超材料中,這些設(shè)計(jì)都是由人來(lái)完成的,其空間結(jié)構(gòu)決定了材料的行為?!?/span>

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