液体都“智能”可编程了？哈佛新型超材料登Nature，粘度、透明度、弹性可变
液体都“智能”可编程了？哈佛新型超材料登Nature，粘度、透明度、弹性可变
哈佛大学的研究团队开发出一种新型超材料——Metafluid，这种被称为“智能液体”的材料具有可调节的弹性、光学特性和粘度，甚至能够在牛顿流体和非牛顿流体之间转换。这一突破性研究成果已发表在Nature期刊上，为编程液压机器人、智能减震器、光学设备等领域带来了巨大的应用潜力。
可编程的“智能液体”
为什么说Metafluid可用于编程液压机器人等技术？关键在于其独特的弹性控制能力。研究人员设计了一个抓取器，通过注入不同体积的空气和水来抓取玻璃瓶、鹌鹑蛋和蓝莓，展示了Metafluid的优越性能。
在相同条件下，使用空气和水都难以找到一个合适的体积ΔV来成功抓取所有物品。而Metafluid则能明显找到一个适合抓取三种物品的ΔV，展现出对不同物体大小和抓取力度的适应性。
此外，Metafluid的弹性压缩性也得到了直观展示。在压力影响下，甘油很快将软管撑起一个大包，而Metafluid的临界点则明显延后。同时，其黏性和流动性也会发生变化。
“球球大作战”：Metafluid的制备原理
Metafluid的制备关键在于一种可高度变形的弹性空心球形胶囊。将这些胶囊混合到不可压缩的悬浮液中，即可制成Metafluid。其工作原理是当液体内部压力增加时，胶囊会塌陷形成类似透镜的半球状；当压力被移除时，胶囊会弹回球形状态，从而改变液体的粘度和透明度等属性。
具体来说，研究人员制作了两种规模的胶囊：厘米级和微米级。厘米级胶囊使用硅橡胶材料，通过3D打印模具制作，外半径分别为10毫米和30毫米，壳体厚度分别为2毫米和6毫米。微米级胶囊则使用聚二甲基硅氧烷（PDMS）材料，外半径约为250微米，壳体厚度约为65微米。
实验验证与应用前景
研究人员通过单胶囊、多胶囊实验以及微米级胶囊实验，验证了Metafluid的性能。实验结果显示，Metafluid在压力作用下展现出显著的非线性行为，能够形成压力平台。此外，胶囊屈曲还会影响Metafluid的光学特性和流变性，展现出不同的散射行为和粘度变化。
这种可扩展、易于生产的Metafluid具有广阔的应用前景。研究人员表示，目前对Metafluid的探索还停留在表面，其声学和热力学属性等仍有待进一步研究。