荷蘭萊頓大學(xué)物理學(xué)家在25日的《自然》雜志刊發(fā)研究報告稱，他們制造出一種神奇的超材料，無需任何外力驅(qū)動就能自行收縮與展開，就像在自主“呼吸”一樣。這一成果為智能可重構(gòu)材料和微型機(jī)器人技術(shù)開辟了全新途徑。

研究團(tuán)隊表示，這是人類首次在微觀世界打造出如此靈動的結(jié)構(gòu)。這款超材料徹底顛覆了人們對物質(zhì)的傳統(tǒng)認(rèn)知：運動不再來自材料本身，而是源于粒子間精妙的連接方式，讓無生命的物質(zhì)仿佛擁有了生命的律動。

團(tuán)隊巧妙地將微小的二氧化硅球體（膠體微粒）組裝成精心設(shè)計的建筑模塊，每個結(jié)構(gòu)單元僅有人類發(fā)絲寬度的1/10。這些微觀世界里的“樂高積木”被塑造成菱形排列，通過精準(zhǔn)控制粒子間的連接點，既確保了機(jī)械穩(wěn)定性，又賦予了它們自由旋轉(zhuǎn)的靈動性。從基礎(chǔ)單元開始，研究人員逐步構(gòu)建出更為復(fù)雜的架構(gòu)，最終完美呈現(xiàn)出名為“籠目晶格”的超材料。

在光學(xué)顯微鏡下，這些微觀結(jié)構(gòu)展現(xiàn)出驚人的景象，它們能夠自發(fā)地收縮和展開。

團(tuán)隊解釋說，由于熱能驅(qū)動，粒子能夠自發(fā)運動，推動結(jié)構(gòu)優(yōu)雅地折疊與展開。這種運動絕非雜亂無章。當(dāng)一組四邊形順時針旋轉(zhuǎn)時，相鄰組必逆時針響應(yīng)，形成和諧的收縮與展開節(jié)律，仿佛材料在自主“呼吸”。

更令人振奮的是，團(tuán)隊通過引入磁性微粒，能控制這種微觀“舞蹈”的節(jié)奏。磁場的開啟與關(guān)閉，精準(zhǔn)控制著結(jié)構(gòu)的收縮與擴(kuò)張，為這項技術(shù)從實驗室走向現(xiàn)實應(yīng)用鋪平了道路。

團(tuán)隊同時構(gòu)建了描述熱運動與超材料互作用方式的理論框架，實驗結(jié)果與理論預(yù)測高度吻合。

團(tuán)隊展望，這種自主“呼吸”的超材料，將為人造肌肉、自適應(yīng)光學(xué)器件，乃至能自主響應(yīng)環(huán)境變化的微型機(jī)器人奠定基礎(chǔ)。