你能想象一種材料既能像變形金剛一樣改變形狀，又能像機(jī)器人一樣聽(tīng)從指令嗎？普林斯頓大學(xué)的工程師們最近就創(chuàng)造了這樣一種神奇的 “變形材料機(jī)器人”——Metabot（超材料機(jī)器人）。它沒(méi)有馬達(dá)和齒輪，卻能在電磁場(chǎng)的控制下自由伸縮、扭曲，甚至完成復(fù)雜動(dòng)作，顛覆了傳統(tǒng)機(jī)器人與材料科學(xué)的邊界。

受折紙藝術(shù)啟發(fā)，研究團(tuán)隊(duì)利用塑料和磁性復(fù)合材料，設(shè)計(jì)出一種名為 “Kresling Pattern” 的螺旋管狀結(jié)構(gòu)。這些管狀結(jié)構(gòu)通過(guò)鏡像對(duì)稱（手性）組合，形成可重構(gòu)的模塊化單元。當(dāng)施加電磁場(chǎng)時(shí)，磁性材料會(huì)驅(qū)動(dòng)管狀結(jié)構(gòu)扭曲或壓縮，使整個(gè)材料呈現(xiàn)出伸縮、彎曲等動(dòng)態(tài)行為。

“我們的靈感來(lái)自折紙的折疊邏輯，” 普林斯頓大學(xué)工程學(xué)教授 Glaucio Paulino 解釋道，“通過(guò)電磁場(chǎng)遠(yuǎn)程傳遞能量和信號(hào)，每個(gè)簡(jiǎn)單的單元?jiǎng)幼鹘M合起來(lái)，就能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的機(jī)器人行為。”

Metabot 的核心在于其手性結(jié)構(gòu)帶來(lái)的不對(duì)稱特性。例如，順時(shí)針扭曲時(shí)材料收縮，逆時(shí)針扭曲時(shí)展開(kāi)；而改變操作順序（先逆時(shí)針再順時(shí)針），材料會(huì)進(jìn)一步收縮。這種 “磁控滯后效應(yīng)” 使 Metabot 能模擬復(fù)雜的物理響應(yīng)，突破傳統(tǒng)機(jī)械系統(tǒng)的對(duì)稱限制。

實(shí)驗(yàn)中，研究人員制作了高度僅 100 微米（比頭發(fā)絲稍粗）的原型機(jī)。通過(guò)激光光刻技術(shù)，這個(gè)微型 Metabot 能在電磁場(chǎng)下完成折疊、伸展等動(dòng)作。MIT 材料專家 Xuanhe Zhao 評(píng)價(jià)：“這種模塊化手性折紙超材料，為軟機(jī)器人和智能材料開(kāi)辟了激動(dòng)人心的新方向。”

Metabot 的潛在應(yīng)用充滿想象力：

• 生物醫(yī)學(xué)：微型化的 Metabot 可作為 “體內(nèi)機(jī)器人”，精準(zhǔn)遞送藥物至病灶，或輔助外科醫(yī)生修復(fù)骨骼和組織；
• 智能溫控：通過(guò)切換吸光（黑色）和反光（白色）狀態(tài)，Metabot 能將表面溫度在 27°C 至 70°C 之間快速調(diào)節(jié)，適用于航天器熱管理；
• 光學(xué)設(shè)備：其動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)可用于設(shè)計(jì)可重構(gòu)天線、透鏡等光學(xué)元件，適應(yīng)不同波長(zhǎng)的信號(hào)需求；
• 復(fù)雜系統(tǒng)模擬：手性結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的滯后效應(yīng)，可直接模擬工程、物理甚至經(jīng)濟(jì)學(xué)中的非線性系統(tǒng)行為。

從變形金剛的科幻想象到實(shí)驗(yàn)室中的磁控材料，Metabot 展現(xiàn)了跨學(xué)科創(chuàng)新的力量。盡管目前仍處于原型階段，但其無(wú)需電機(jī)的極簡(jiǎn)設(shè)計(jì)、遠(yuǎn)程控制的靈活性，以及手性結(jié)構(gòu)的數(shù)學(xué)建模潛力，已為機(jī)器人、航空航天和智能設(shè)備領(lǐng)域埋下顛覆性種子。

未來(lái)，隨著材料微型化和磁場(chǎng)控制技術(shù)的進(jìn)步，Metabot 是否會(huì)像智能手機(jī)一樣普及？它又將如何改變我們對(duì) “機(jī)器人” 的定義？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的腦洞！

參考資料：DOI:10.1038/s41586-025-08851-0