发布日期：2026-02-05 浏览：11
杜克大学机械工程师团队开发出一种固态可编程机械模块，其力学性能可按需动态调整。通过控制微小内部单元的固液相态，这些模块能在保持整体形状不变的情况下改变刚度、阻尼与运动特性。验证性原型采用类似乐高的立方体结构，每个立方体含27个内部单元，单元内填充的镓铁复合材料可在室温下实现固液转换。
技术原理与演示
研究人员通过电流产生局部热效应，以精准模式液化特定单元，从而将机械行为编码进刚性结构中。在早期演示中，团队将多个立方体组装成梁柱结构，仅通过改变内部单元液化模式即可调控其弯曲与振动特性，同一结构无需重建即可呈现软橡胶或硬塑料的力学行为。
最具突破性的演示在水下完成：研究人员将10个立方体组装成直柱状可编程"鱼尾"，在相同电机输入下，不同内部配置使机器鱼沿截然不同的路径游动，证明仅通过材料编程即可改变运动轨迹。
仿生理念与多维应用
研究第一作者、杜克大学博士生白云（音译）表示："我们想创造'有生命'的材料。3D打印虽能制造特定力学性能的材料，但改变性能需重新打印。我们希望能像人类肌肉那样实时调节刚度。"与变形材料不同，该系统在维持几何形状不变的前提下改变力学响应。
在二维测试中，研究团队证明薄片材料可在保持形态的同时精确调节刚度和阻尼，其性能范围超越多种商用材料。三维层面则借助模块化设计增添灵活性——每个立方体可像乐高积木般连接或拆卸，允许工程师组装具有高度定制化力学行为的大型系统。通过零摄氏度冷冻可使所有单元恢复固态，实现无限次重构编程。
跨领域拓展前景
除机器人领域外，团队预见到医学与电子领域的应用潜力：通过调整金属成分，可定制材料在人体等环境中的相变温度；微型化版本未来或可穿越血管进行健康监测，或重构成能适应环境变化的智能支架。
杜克大学机械工程与材料科学助理教授倪晓月（音译）表示："我们的最终目标是利用这种复合材料构建更大系统，开发柔性可编程的机器人材料，使其能在多样环境中执行广泛任务。"这项研究为自适应材料开辟了新路径，有望推动软体机器人、智能穿戴设备及生物医学器械的技术革新。
粤公网安备44190002007368号
