"元流体"能通过编程改变性质
元流体通过哈佛徽标展示其可调光学性质。图片来源:哈佛海洋研究所
美国哈佛大学工程与应用科学学院研究人员开发出一种可编程的"元流体",其弹性、黏度、光学特性等性质均可调节,甚至能在牛顿流体和非牛顿流体之间转换。该研究发表在最新一期《自然》杂志上。
这种创新超流体被称为"元流体",使用了微型弹性球体(50—500微米之间)的悬浮液,球体在压力下会弯曲,从根本上改变流体的性质。元流体可用于液压执行器、程序机器人、根据冲击强度消散能量的智能减震器,以及从透明过渡到不透明的光学设备等各种方面。
利用高度可扩展的制造技术,研究团队生产了数十万个高度可变形的球形胶囊,其中充满空气并将它们悬浮在硅油中。当液体内部压力增加时,胶囊就会塌陷,形成一个类似透镜的半球体;压力消除后,胶囊会弹回球形。
通过改变流体中胶囊的数量、厚度和尺寸,可改变流体的许多特性,包括其黏度和透明度。
研究人员将元流体加载到液压机器人夹具中,让夹具拾取玻璃瓶、鸡蛋和蓝莓,通过编程调节流体性质,从而调整其抓力来拾取3种物体而不压碎它们。
在由普通空气或水驱动的传统液压系统中,机器人需要传感器或外部控制才能做到这一点。而对于元流体来说,不需要任何传感器,液体本身会响应不同的压力,改变其柔顺性来调整夹具的力量,从而拿起沉重的瓶子、易碎的鸡蛋或一个小蓝莓。
研究还表明,当胶囊为球形时,元流体的行为类似于牛顿流体,这意味着其黏度仅随温度而变化。然而,当胶囊塌陷时,悬浮液会转变为非牛顿流体,其黏度会随着剪切力而变化。这也是第一种被证明可在牛顿态和非牛顿态之间转变的超流体。
(记者张梦然)
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