磁場助力 看我七十二變

材料牛注：西游記中孫悟空有七十二變的本領，他能將一撮毫毛變成一群猴子，而如今科學家們也有類似的本領：他們能夠采取一定的手段控制物體的形狀。這和孫大圣相比似乎遜色不少，但已經不是神話。

由于流體運動，人們很難利用機械手段甚至微機械手段建立一個人造蝌蚪或是模擬纖毛的運動。研究人員一直在研究形狀可控物質：利用熱或磁場來改變材料的形狀。然而，這一領域的大多數研究都依賴于人的直覺和試驗以及誤差來獲得預想的形狀，而且預想的形狀也不能及時地呈現出來。

Metin Sitti和幾家機構的研究人員已經找到了一種能夠快速改變形狀的方法，它是利用磁場改變硅橡膠部件（PDF鏈接）來改變形狀。該方法是可重復的，似乎也可以達到黑客空間或設備齊全的車庫實驗室。

文章使用了很多數學方法，但基本思想很簡單。數學部分是用來確定設計的形狀改變所需的磁化曲線。例如，其中一個測試對象需要使用100個不同的形狀將光束卷曲成半圓形，數學會告訴你你需要什么樣的磁化曲線和啟動它所需的磁場。

研究人員使用了一種稱為Ecoflex的硅橡膠。 它們將鋁顆粒與一些橡膠和釹-鐵-硼顆粒與剩余部分混合。他們為他們想要的部件創建一個模具——這需要3D打印機大顯身手。然后他們使用橡膠/鋁混合物鑄造模型的固定部分。一旦固化，激光切割器會為使用磁性橡膠材料澆鑄的可變部分產生通道。

兩種混合物具有相同的彈性模量很重要，而且添加的材料量需要一些試驗和誤差（或許應該叫做“實驗表征”）。材料準備好之后，把它夾在夾具中，打開3D打印機，保持所需的形狀，使整個組件暴露于用于控制形狀的強磁場。

裝備了3D打印機，激光切割機和一些基本的化學處理設備之后，人們可以像藝術家一樣肆意揮灑（按自己的設想控制形狀）。該方法基本上僅適用于2D對象，但研究團隊想開發3D版本。此外，他們的控制尺度仍然大于1毫米，所以仍然有足夠的空間進行新的探索。

在實驗視頻中，你可以看到波動的游泳者、纖毛、可逆的CMU標志和使用兩種可控形狀的機器人水母。機械觸手等物體也可以實現形狀可控，但結果不是穩定的，而且很難使其小型化。

原文鏈接：Shape Programmable Matter is More Magnetic Magic.

本文由材料人編輯部月亮提供素材，徐濤編譯，王子鳴審核。點我加入材料人編輯部。

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