想象一下，一辆小型自动驾驶汽车在陆地上行驶，突然把自己压平，变成四轴飞行器飞走了。根据《科学·机器人》杂志最新一期发表的研究，美国团队设计了一种在材料层面改变形状的新方法，利用橡胶、金属和温度使材料变形并将它们固定在原位，而无需电机或滑轮。“当我们开始这个项目时，我们想要一种可以做三件事的材料：改变形状、保持形状，然后恢复到原来的配置，并在多个循环中这样做，”MichaelM.Bartlett说。为了创造一个可变形的结构，该团队借鉴了剪纸艺术。通过观察橡胶和复合材料中这些剪纸图案的强度，该团队创造了具有重复几何图案的材料结构。接下来，研究人员开发了一种可以保持形状但可以根据需要移除该形状的材料。他们引入了由嵌入橡胶皮内的低熔点合金(LMPA)制成的内部骨架。通常，当金属被过度拉伸时，它会永久弯曲、断裂或拉伸成固定的、无法使用的形状。在橡胶中嵌入特殊合金后，这种复合材料在拉伸时可以迅速保持所需的形状，非常适合可立即承重的柔性可变形材料。最后，材料必须将结构恢复到原来的形状。研究团队在LMPA网格旁边添加了柔软的卷须状加热器。加热器在60°C或铝熔化温度的10%时将金属变成液体。弹性体表皮将熔融金属固定在适当位置，然后将材料拉回到原来的形状，扭曲和拉伸，赋予复合材料“可逆塑性”。一旦金属冷却，它再次有助于保持结构的形状。研究人员发现，这种受剪纸启发的复合设计可以创造出复杂的形状，从圆柱体到球体再到凹凸不平的形状。形状变化也很快：在与球撞击后，形状变化并在不到1/10秒的时间内锁定到位。此外，如果材料出现裂纹，可以通过熔化和改造金属内骨骼来多次修复。总编指出，自然界中的许多生物都可以通过改变形状来执行不同的功能。例如，章鱼可以大幅改变形状以移动、进食或与环境互动；人类也可以通过弯曲肌肉来支撑和维持；植物可以全天候移动以捕捉阳光。但能否在工程上实现，还是个未知数。现在，可变形复合材料不仅强度足够，而且容易变形，使机器人能够最大程度地适应环境。未来，这种材料不仅会给我们带来执行多种功能任务的新一代机器人，还会带来损坏后可以自我修复的弹性装置，从而激发出在人机界面和可穿戴方面的丰富应用。
