磁场助力 看我七十二变

材料牛注：西游记中孙悟空有七十二变的本领，他能将一撮毫毛变成一群猴子，而如今科学家们也有类似的本领：他们能够采取一定的手段控制物体的形状。这和孙大圣相比似乎逊色不少，但已经不是神话。

由于流体运动，人们很难利用机械手段甚至微机械手段建立一个人造蝌蚪或是模拟纤毛的运动。研究人员一直在研究形状可控物质：利用热或磁场来改变材料的形状。然而，这一领域的大多数研究都依赖于人的直觉和试验以及误差来获得预想的形状，而且预想的形状也不能及时地呈现出来。

Metin Sitti和几家机构的研究人员已经找到了一种能够快速改变形状的方法，它是利用磁场改变硅橡胶部件（PDF链接）来改变形状。该方法是可重复的，似乎也可以达到黑客空间或设备齐全的车库实验室。

文章使用了很多数学方法，但基本思想很简单。数学部分是用来确定设计的形状改变所需的磁化曲线。例如，其中一个测试对象需要使用100个不同的形状将光束卷曲成半圆形，数学会告诉你你需要什么样的磁化曲线和启动它所需的磁场。

研究人员使用了一种称为Ecoflex的硅橡胶。 它们将铝颗粒与一些橡胶和钕-铁-硼颗粒与剩余部分混合。他们为他们想要的部件创建一个模具——这需要3D打印机大显身手。然后他们使用橡胶/铝混合物铸造模型的固定部分。一旦固化，激光切割器会为使用磁性橡胶材料浇铸的可变部分产生通道。

两种混合物具有相同的弹性模量很重要，而且添加的材料量需要一些试验和误差（或许应该叫做“实验表征”）。材料准备好之后，把它夹在夹具中，打开3D打印机，保持所需的形状，使整个组件暴露于用于控制形状的强磁场。

装备了3D打印机，激光切割机和一些基本的化学处理设备之后，人们可以像艺术家一样肆意挥洒（按自己的设想控制形状）。该方法基本上仅适用于2D对象，但研究团队想开发3D版本。此外，他们的控制尺度仍然大于1毫米，所以仍然有足够的空间进行新的探索。

在实验视频中，你可以看到波动的游泳者、纤毛、可逆的CMU标志和使用两种可控形状的机器人水母。机械触手等物体也可以实现形状可控，但结果不是稳定的，而且很难使其小型化。

原文链接：Shape Programmable Matter is More Magnetic Magic.

本文由材料人编辑部月亮提供素材，徐涛编译，王子鸣审核。点我加入材料人编辑部。

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