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科学家用3D打印研究可穿戴的柔性超材料

时间:2016-08-13 15:51    来源: 中国3D打印网     作者: 佚名

    想象一个这样的假肢,它永远不会擦伤您,而且戴上就像一只手套那样舒服。近日,来自以色列特拉维夫和荷兰的科学家团队已经开发出一种方法来生产可编程的超材料(metamaterial),这不仅可能改变残疾人的生活,甚至有可能颠覆整个可穿戴技术和软机器人领域。

    “可编程机器材料很适合用于假肢或者可穿戴技术,因为在这方面与身体的匹配是很重要的。”特拉维夫大学(TAU)机械工程学院的Yair Shokef博士称:“如果我们能够打造出更为复杂的构建基块,或者用其它材料来制造它们,那么可能性真的是无穷无尽。”

      研究团队通过用一台3D打印机打印出来的超材料方块证明了他们的概念。当他们在两个拥有特定图案的表面之间被压缩时,一个笑脸图案就出现在了方块的一侧(见下面的视频)


      众所周知,普通的材料,无论是您的电脑显示器还是咖啡杯,甚至您的猫,都是由原子和分子组成的。材料的状态(固体、液体、气体等)和它的特性(如导电率、硬度等)都是由它们的化学成分决定的,Shokef解释说。

而超材料则是一种由人来设计的材料,它是由比原子或分子更大的基本单位组成的,因此其状态和特性都是由基本单位的属性,而非其化学成分,决定的。

“尽管超材料都是由相同的基本材料(分子、原子)组成的,但是构建超材料的基本单元尺寸会更大,往往以纳米、微米,甚至毫米或厘米计。实际上我们人为地创造了有这些单元组成的一个结构,它的特性是由几何结构决定的。”Shokef 解释说。

    比如普通的钻石,它是碳原子按照一个特定的结构,在原子尺度(10的负10次方米)上不断复制构建的。“而在超材料中,对象是在更大的尺度上重复自己的几何结构。”他说。

事情的重点在于:当您在更大尺度上,使用更大的基本单位(不是原子)来设计材料时,您就有更多的能量去控制其“晶体”排列,于是理论上,我们就能够控制该物质的物理特性。这也是科学家们进行3D打印超材料笑脸测试的目的。


      据中国3D打印网了解,实验中的这个超材料经过了特定的编程,这样它在受到来自一个方向上带立体图案的表面的压缩时,就会在其他方向上产生编程设定的立体图案变形(凹陷和突起)。“在一个看似正常的方块上,当它被压缩时,一个特定图案就凸显了出来。”Shokef博士说:“在这个超材料中,这些设计都是由人来完成的,其空间结构决定了材料的行为。”

      科学家们的这项研究成果被发表在了本周出版的《Nature》杂志中,论文的题目是《带纹理机超材料的组合设计(Combinatorial Design of Textured Mechanical Metamaterials)》。

图源:3ders.org

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