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美國(guó)科學(xué)家研發(fā)出一種形似“中國(guó)燈籠”的聚合物結(jié)構(gòu)，通過(guò)壓縮或扭曲等簡(jiǎn)單操作，就能快速變換出十幾種不同的三維彎曲形態(tài)。更引人矚目的是，這種變形過(guò)程可通過(guò)磁場(chǎng)遠(yuǎn)程操控，大大拓展了其應(yīng)用潛力。相關(guān)研究成果發(fā)表于最新一期《自然·材料》雜志。

這項(xiàng)研究由美國(guó)北卡羅來(lái)納州立大學(xué)與賓夕法尼亞大學(xué)的科研團(tuán)隊(duì)合作完成。研究團(tuán)隊(duì)先將聚合物薄片切割成鉆石狀的平行四邊形，再于每條邊中央刻出一排平行縫隙，從而在薄片上下兩側(cè)形成由實(shí)心材料條連接的均勻色帶。接著，將上下實(shí)心條的左右兩端相連，便構(gòu)成了一個(gè)近似“中國(guó)燈籠”的三維結(jié)構(gòu)。

研究團(tuán)隊(duì)表示，這一基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)本身具有“雙穩(wěn)態(tài)”特性。若從頂部向下壓縮結(jié)構(gòu)，它會(huì)逐漸變形，直至達(dá)到某個(gè)臨界點(diǎn)，瞬間轉(zhuǎn)變?yōu)轭愃菩D(zhuǎn)陀螺的第二種穩(wěn)定形態(tài)。此時(shí)，結(jié)構(gòu)已儲(chǔ)存了此前壓縮所注入的全部能量。一旦向上拉起結(jié)構(gòu)，能量便會(huì)瞬間釋放，使其迅速恢復(fù)為最初的燈籠形態(tài)。

研究還發(fā)現(xiàn)，通過(guò)扭曲結(jié)構(gòu)、將燈籠頂部或底部的實(shí)心條向內(nèi)或外折疊，或是組合使用這些操作，還能創(chuàng)造出更多形態(tài)。

通過(guò)在結(jié)構(gòu)底部實(shí)心條上附著磁性薄膜，研究團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)了利用磁場(chǎng)遠(yuǎn)程控制結(jié)構(gòu)的壓縮與扭曲。他們還演示了基于雙穩(wěn)態(tài)切換的多種應(yīng)用場(chǎng)景，例如非侵入式魚(yú)類捕捉器、可調(diào)控水流開(kāi)合的過(guò)濾器等。

這類“燈籠”結(jié)構(gòu)未來(lái)有望組裝成二維或三維系統(tǒng)，在可變形的機(jī)械超材料與機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域大展身手。