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  如今越來(lái)越多的新型材料走入科學(xué)家的視野，新材料的突破，往往引發(fā)劃時(shí)代的產(chǎn)業(yè)革命，改變我們所處世界的屬性。最近一大波科學(xué)家研究出了新型的變形材料...它們的出現(xiàn)有怎樣的重大意義?將引發(fā)何種的變革?

變形材料：能隨時(shí)改變形狀、大小、硬度

  變型材料開(kāi)始逐漸受到市場(chǎng)和投資人的關(guān)注，它既可以改變大小，體積和形狀，還可以在折疊平放情況下承受一頭大象的重量而完好無(wú)損，事后迅速恢復(fù)其形狀和結(jié)構(gòu)，這意味著它可以用來(lái)制造一種獨(dú)特的材料，處于某個(gè)形狀時(shí)容易變形，處于另一個(gè)形狀時(shí)則堅(jiān)硬無(wú)比。

  這種變形顯然不是分子層面的做結(jié)構(gòu)材料的，而是先在一個(gè)片狀材料上劃好痕跡或者挖幾個(gè)孔，然后就可以實(shí)現(xiàn)拉伸大形變。同時(shí)這種形變是可恢復(fù)的。現(xiàn)在的技術(shù)大多要求都是形變要盡量小，主要包括剪紙?jiān)斐傻牟牧洗笮巫儯约罢奂埞に?也就是著名的三浦折疊所引發(fā)的技術(shù))。

  其在建筑領(lǐng)域的突破不言而喻，舉個(gè)例子，變形材料在地震受力到了一定值后只會(huì)慢慢地倒，而且達(dá)到屈服后還能繼續(xù)承受等量或更多荷載，這是一種吸能能力的體現(xiàn)。也就是說(shuō)地震震一下，變形結(jié)構(gòu)短時(shí)間內(nèi)就屈服彎曲了，但是還挺立著。又一次更強(qiáng)的震動(dòng)來(lái)了，彎的更厲害了，依舊挺立。

  而今哈佛、麻省理工大學(xué)在該技術(shù)上更進(jìn)一步。

變形材料應(yīng)用：平地起高樓？

  最近哈佛工程應(yīng)用科學(xué)學(xué)院設(shè)計(jì)出一款3-D薄壁結(jié)構(gòu)，該材料由若干個(gè)單獨(dú)的模塊構(gòu)成，每個(gè)模塊包含6個(gè)開(kāi)口的立方體，在氣動(dòng)傳輸器的作用下發(fā)生變形。其成果近日發(fā)表于《自然通訊》雜志。

  該結(jié)構(gòu)是在“snapology”的折紙技術(shù)啟發(fā)下研制的，snapology技術(shù)也被稱(chēng)為“模塊化折紙”，其結(jié)構(gòu)單位由64個(gè)單元立方體組成，研究團(tuán)隊(duì)將64個(gè)單元立方體相連，創(chuàng)造了一個(gè)新4x4x4的大立方體。這些立方體可以像折紙一般沿其邊緣進(jìn)行折疊從而發(fā)生形狀的改變。研究小組已經(jīng)證實(shí)立方體可以變換為多種不同的形狀。

  立方體中嵌有氣動(dòng)制動(dòng)元件，人們可以對(duì)該元件進(jìn)行編程，在不需要任何外部輸入的情況下使立方體發(fā)生形狀和大小改變。

  由于該立方體結(jié)構(gòu)的改變不僅會(huì)引起形狀的改變，還會(huì)引起剛性的改變，這就意味著利用類(lèi)似的設(shè)計(jì)，人們可以制作出一種既可以非常柔軟也可以非常堅(jiān)硬的材料。

  而且這種材料中可以嵌入任何一種類(lèi)型的制動(dòng)器，包括熱，電介質(zhì)，甚至是水。

  負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)的研究人員指出，這種結(jié)構(gòu)系統(tǒng)在動(dòng)態(tài)建筑領(lǐng)域非常具有吸引力，包括搭建便攜式庇護(hù)所，自適應(yīng)建筑以及可伸展的屋頂，便于拆卸和組裝。伴隨著變形過(guò)程，該材料硬度將發(fā)生改變，這樣的建筑結(jié)構(gòu)可以再次豎立起來(lái)。

  “盡管目前這項(xiàng)技術(shù)還主要依賴于標(biāo)準(zhǔn)力學(xué)，在應(yīng)用上已經(jīng)取得了很大的突破，包括對(duì)表面和結(jié)構(gòu)的整合，制造的簡(jiǎn)易性，以及特有的扁平折疊性”Hoberman教授說(shuō)。

  這種材料還用于研制新類(lèi)型可移動(dòng)式屋頂，按照設(shè)計(jì)需要，將屋頂折疊起來(lái)或者改變墻壁外形。通過(guò)結(jié)合這些擠壓立方體成為一個(gè)較大的3D組裝結(jié)構(gòu)，研究人員能夠建造具有新奇屬性的建筑材料。

  論文鏈接：http://www.nature.com/nature/journal/v541/n7637/full/nature20824.html 

變形材料應(yīng)用：在風(fēng)中馳騁

  有獨(dú)無(wú)偶，幾天前，美國(guó)麻省理工學(xué)院的工程師Pedro Reis也發(fā)明了一種名叫“smorph”的變型材料，其旨在通過(guò)變型材料的不斷自動(dòng)微調(diào)來(lái)加快物體運(yùn)動(dòng)速度。

  這種smorph材料共有三層，最中間是一個(gè)核，核外圍是一層又厚又黏的混合聚合物，最外層使用了相對(duì)較硬的物質(zhì)來(lái)。其原理與葡萄干制作過(guò)程相似，當(dāng)核中的空氣被抽出一定量時(shí)，中間層發(fā)生收縮，因此外殼受到空氣壓力發(fā)生形變。這種“變型”使得運(yùn)動(dòng)的smorph球周?chē)a(chǎn)生微型渦流，形成保護(hù)膜，隔絕周?chē)諝獾挠绊懀瑥亩涌炝怂俣取Ｔ摬牧衔磥?lái)可用于汽車(chē)或飛機(jī)等交通工具的制造。

  論文鏈接：http://www.stylus.com/rzfkgp

寶馬公司的“變形汽車(chē)”概念嘗試

  相比科學(xué)家的象牙塔技術(shù)，寶馬公司已經(jīng)將變型材料融入自己的概念車(chē)型之中。

  日前，寶馬公司在其百周年慶中展示了一款新型的概念汽車(chē)，名叫Vision Vehicle。其設(shè)計(jì)便采用了變形材料，它可以帶來(lái)某種程度的變形能力，把車(chē)輪與車(chē)身融為一體。車(chē)輪轉(zhuǎn)向過(guò)程中，無(wú)論處于何種位置，車(chē)身始終能像一層柔軟的皮膚一樣包裹住車(chē)輪。

  Vision Vehicle的另一大特色功能在于Alive Geometry，約有800個(gè)可移動(dòng)的三角設(shè)定在儀表板和側(cè)面板等區(qū)域，通過(guò)三維運(yùn)動(dòng)與駕駛者進(jìn)行溝通。并可通過(guò)擋風(fēng)玻璃上的變型來(lái)增強(qiáng)司機(jī)視覺(jué)感官，以提醒道路上的潛在危險(xiǎn)，無(wú)論是靜態(tài)還是動(dòng)態(tài)的。

  根據(jù)寶馬集團(tuán)的展望，它將通過(guò)變型材料配合人工智能提供全新的出行體驗(yàn)。

  當(dāng)然如果筆者沒(méi)有記錯(cuò)的話，早在2008年，寶馬公司便試圖打造布料變形汽車(chē)，其希望通過(guò)無(wú)縫且光滑的纖維布料伸展，從而讓司機(jī)隨心所欲地改變汽車(chē)的形狀。布料外殼覆蓋在鋁制框架上，通過(guò)電動(dòng)與水壓傳動(dòng)裝置來(lái)控制框架的變動(dòng)，來(lái)進(jìn)一步改善行車(chē)體驗(yàn)。

  不得不說(shuō)寶馬公司賣(mài)得一手好概念。