美國哈佛大學工程與應用科學學院研究人員開發出一種可編程的“元流體”,其彈性、黏度、光學特性等性質均可調節,甚至能在牛頓流體和非牛頓流體之間轉換。該研究發表在最新一期《自然》雜志上。
這種創新超流體被稱為“元流體”,使用了微型彈性球體(50—500微米之間)的懸浮液,球體在壓力下會彎曲,從根本上改變流體的性質。元流體可用于液壓執行器、程序機器人、根據沖擊強度消散能量的智能減震器,以及從透明過渡到不透明的光學設備等各種方面。
利用高度可擴展的制造技術,研究團隊生產了數十萬個高度可變形的球形膠囊,其中充滿空氣并將它們懸浮在硅油中。當液體內部壓力增加時,膠囊就會塌陷,形成一個類似透鏡的半球體;壓力消除后,膠囊會彈回球形。
通過改變流體中膠囊的數量、厚度和尺寸,可改變流體的許多特性,包括其黏度和透明度。
研究人員將元流體加載到液壓機器人夾具中,讓夾具拾取玻璃瓶、雞蛋和藍莓,通過編程調節流體性質,從而調整其抓力來拾取3種物體而不壓碎它們。
在由普通空氣或水驅動的傳統液壓系統中,機器人需要傳感器或外部控制才能做到這一點。而對于元流體來說,不需要任何傳感器,液體本身會響應不同的壓力,改變其柔順性來調整夾具的力量,從而拿起沉重的瓶子、易碎的雞蛋或一個小藍莓。
研究還表明,當膠囊為球形時,元流體的行為類似于牛頓流體,這意味著其黏度僅隨溫度而變化。然而,當膠囊塌陷時,懸浮液會轉變為非牛頓流體,其黏度會隨著剪切力而變化。這也是第一種被證明可在牛頓態和非牛頓態之間轉變的超流體。