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科学研究：有100种形态变化的材料构件
在荷兰原子与分子物理研究所巴斯·奥弗韦德（Bas Overvelde）的实验室中，那些类似雕塑的器件并不像它们看上去那么简单。这些器件由多层棱形构件组成，每个面都由活动的铰链连接，可以轻松地变换形态。例如，从三维星形变为圆柱形或者球形等等。
想象一下经典的“拍拍圈”（slap bracelet，一种条状产品，掰动后可卷成环状的手环），奥弗韦德介绍说，这种产品具有两种稳定的结构，一种是笔直状态，另一种是卷曲状态。在奥弗韦德实验室中展示的器件更厉害，在受到外力时，可以沿着多个铰链折叠，实现数十种可预测的形态。
除了这些已经制作好的实体构件，奥弗韦德还与同事开展了计算机模拟，探索更复杂的装配方式，这个过程让他们发现了很多极具潜力的组合形态。一些大型的虚拟构造已经具备超过100种稳定的装配状态。相关研究发表在《自然·通讯》（Nature Communications）杂志上。
通过一定的设计和模拟，研究人员可以让这些构件在外力的影响下变为指定的形状。通过这些工作，研究人员希望能简化微型机器人的制造，以及一些复杂结构材料的制造。如果这些组件能轻松地变成所需的稳定形态，那么用于弯折或者组装它们的工具也会大大减少。
此外，某些特定形态和内部结构还可以增加构件的强度和弹性。奥弗韦德说：“鸟类的骨骼具备一种微结构，能够在减轻质量的同时保持骨骼的硬度。我们也在尝试，希望用这些材料能够实现类似的特性。”
目前这项研究还处于 “厘米尺度”，大概与传统手工折纸产品的尺寸相似。但奥弗韦德认为，无论是在更大或者更小的尺度下，这些构件都会遵从相同的原理。目前他们的研究团队只是把重心放在了研究基本原理上。奥弗韦德说：“我们不是产业界的人，也不用在很小的尺度上制作这些构件，我们只是试图提出新概念的人。”
这些概念给材料科学界的同行留下了深刻印象。伊泰·科恩（Itai Cohen，并未参与这项研究）是康奈尔大学的材料学家，他也领导了一项相似的研究。针对这一新成果，科恩表示，无论是研究的质量还是成果的意义，都非同凡响。 “这就好比是用纸板和双面胶组成的设备。真正的问题是，这些设备能否用于制造实际的机械系统？”但他也补充说，“在机械系统中，你能通过测试确认多少种不同的装配方式，就能直接决定这套系统可以实现什么样的功能。”
撰文：卡罗琳·德尔伯特（Caroline Delbert）
翻译：董子晨曦
文章来源：环球科学
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