MIT开发微型多性能“积木”基块 可用于汽车

据外国媒体报道，麻省理工学院比特与原子中心的研究人员创造了一种类似于“积木”的微型积木，它具有各种独特的机械财产，例如挤压时产生扭曲运动的能力。通过微型机器人，这些子单元几乎可以组装成任何具有内置功能的物体，包括车辆、大型工业部件，或以不同形式重复组装的专用机器人。

研究人员开发了四种不同类型的亚基，称为体素。每个体素都表现出典型的自然材料所不具备的特征，并且可以组合来制造能够以可预测的方式对环境刺激做出响应的设备，例如制造飞机机翼或涡轮叶片，以及通过改变整体形状来对空气压力或风速的变化做出响应。这项研究的主要参与者包括Benjamin Jenett博士、Neil Gershenfeld教授和该大学的其他四人。他们表示，这一发现详细描述了一系列离散“机械超材料”的形成过程。超材料之所以被命名，是因为它们的大规模财产与其组成材料的微观财产不同。这种材料可以应用于电磁学领域，并作为“结构”材料从微观结构层面进行设计。然而，Gershenfeld表示：“在开发超材料的宏观力学财产方面还有很多工作要做。”Gershenfeld指出，工程师可以使用这种方法来构建具有不同材料财产的结构，并使用相同的生产和组装过程。体素由注射成型聚合物的扁平框架组装而成，然后可以将其组合成三维形状并集成到更大的功能结构中。由于这些材料大多是开放空间，因此在组装过程中可以提供非常轻但坚硬的框架。除了基本刚性单位体素提供的特殊强度和重量组合外，还有三种具有不同性能的变体：“拉伸型”体素具有独特的财产，即立方材质在压缩时不会从两侧凸出，而是向内凸出。这是首次通过传统且廉价的制造方法生产这种材料。还有一些泊松比为零的“顺应性”体素在压缩过程中不会发生横向变形。以前已知的材料很少表现出这种特性。最后，手性体素在受到轴向压缩或拉伸时会发生扭曲反应。这也是一个不同寻常的特点。去年，研究人员通过复杂的制造技术生产出了类似的材料。现在，通过这项研究，很容易在宏观层面上实现材料的财产。Gershenfeld说：“我们展示的每一种材料属性之前都是单独展示的。这是第一次所有材料财产都可以通过单个系统获得。”为了展示使用这些大规模生产的体素以类似于乐高的方式构建大型物体的潜力，该团队与丰田工程师合作生产了一款功能强大的超级跑车，这在今年的一次国际机器人会议上进行了展示。Jenett表示，他们可以在一个月内组装出这种轻质、高性能的结构。以前，使用传统的玻璃纤维施工方法来建造类似的结构需要一年的时间。在展示过程中，街道被雨水浸泡，汽车与障碍物相撞。不出所料，这款车的格子状内部结构发生了变形并反弹回来，几乎没有损坏。Jenett表示，如果这是一辆传统的金属汽车，很可能会有严重的凹痕；

如果它是一种复合材料，它可能会断裂。由此可以看出，这些小部件确实可以用来制造接近人体大小的功能设备。格申菲尔德指出，在这种汽车结构中，除了发动机和电源外，这些部件没有与其他部件连接。“整个汽车都是由这些部件组成的。体素在大小和组成上是一致的，可以以任何必要的形式组合，为最终设备提供不同的功能。格申菲尔德说：”我们可以实现一系列以前被认为非常特殊的材料财产，关键是你不必局限于一个性能。与我们早期的工作相比，最大的变化是跨越多种机械材料财产的能力。在那之前，人们一直认为这是孤立的。“杰内特说：这些部件成本低，易于生产，并且可以快速组装。你可以通过一个系统实现所有性能。它们彼此兼容，保留各种独特的财产，并且可以在同一个可扩展的低成本系统中很好地交互。”研究人员得出结论：想想汽车、机器人、船舶和飞机上的所有刚性部件和运动部件，我们可以使用这个系统来构建它们。关键是由某些体素组成的结构和子单元本身的行为完全相同。当这些部件组装在一起时，接头将明显消失，呈现为一种连续的整体材料。有了这个低成本和可扩展的系统，我们可以设计任何我们想要的东西。灵活性是该系统的主要优势之一

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