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  如今越來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：能隨時改變形狀、大小、硬度

  變型材料開始逐漸受到市場和投資人的關(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制造一種獨特的材料，處于某個形狀時容易變形，處于另一個形狀時則堅硬無比。

  這種變形顯然不是分子層面的做結(jié)構(gòu)材料的，而是先在一個片狀材料上劃好痕跡或者挖幾個孔，然后就可以實現(xiàn)拉伸大形變。同時這種形變是可恢復(fù)的�，F(xiàn)在的技術(shù)大多要求都是形變要盡量小，主要包括剪紙造成的材料大形變，以及折紙工藝(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，舉個例子，變形材料在地震受力到了一定值后只會慢慢地倒，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)。也就是說地震震一下，變形結(jié)構(gòu)短時間內(nèi)就屈服彎曲了，但是還挺立著。又一次更強(qiáng)的震動來了，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)計出一款3-D薄壁結(jié)構(gòu)，該材料由若干個單獨的模塊構(gòu)成，每個模塊包含6個開口的立方體，在氣動傳輸器的作用下發(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)也被稱為“模塊化折紙”，其結(jié)構(gòu)單位由64個單元立方體組成，研究團(tuán)隊將64個單元立方體相連，創(chuàng)造了一個新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)證實立方體可以變換為多種不同的形狀。

  立方體中嵌有氣動制動元件，人們可以對該元件進(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)的改變不僅會引起形狀的改變，還會引起剛性的改變，這就意味著利用類似的設(shè)計，人們可以制作出一種既可以非常柔軟也可以非常堅硬的材料。

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

  負(fù)責(zé)設(shè)計的研究人員指出，這種結(jié)構(gòu)系統(tǒng)在動態(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。

  “盡管目前這項技術(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，包括對表面和結(jié)構(gòu)的整合，制造的簡易性，以及特有的扁平折疊性”Hoberman教授說。

  這種材料還用于研制新類型可移動式屋頂，按照設(shè)計需要，將屋頂折疊起來或者改變墻壁外形。通過結(jié)合這些擠壓立方體成為一個較大的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

  有獨無偶，幾天前，美國麻省理工學(xué)院的工程師Pedro Reis也發(fā)明了一種名叫“smorph”的變型材料，其旨在通過變型材料的不斷自動微調(diào)來加快物體運(yùn)動速度。

  這種smorph材料共有三層，最中間是一個核，核外圍是一層又厚又黏的混合聚合物，最外層使用了相對較硬的物質(zhì)來。其原理與葡萄干制作過程相似，當(dāng)核中的空氣被抽出一定量時，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)動的smorph球周圍產(chǎn)生微型渦流，形成保護(hù)膜，隔絕周圍空氣的影響，從而加快了速度。該材料未來可用于汽車或飛機(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”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，名叫Vision Vehicle。其設(shè)計便采用了變形材料，它可以帶來某種程度的變形能力，把車輪與車身融為一體。車輪轉(zhuǎn)向過程中，無論處于何種位置，車身始終能像一層柔軟的皮膚一樣包裹住車輪。

  Vision Vehicle的另一大特色功能在于Alive Geometry，約有800個可移動的三角設(shè)定在儀表板和側(cè)面板等區(qū)域，通過三維運(yùn)動與駕駛者進(jìn)行溝通。并可通過擋風(fēng)玻璃上的變型來增強(qiáng)司機(jī)視覺感官，以提醒道路上的潛在危險，無論是靜態(tài)還是動態(tài)的。

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

  當(dāng)然如果筆者沒有記錯的話，早在2008年，寶馬公司便試圖打造布料變形汽車，其希望通過無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的形狀。布料外殼覆蓋在鋁制框架上，通過電動與水壓傳動裝置來控制框架的變動，來進(jìn)一步改善行車體驗。

  不得不說寶馬公司賣得一手好概念。