“元流體”能通過編程改變性質(zhì)，彈性、黏度均可調(diào)節(jié)

科技日?qǐng)?bào)2024年4月7日?qǐng)?bào)道，美國哈佛大學(xué)工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院研究人員開發(fā)出一種可編程的“元流體”，其彈性、黏度、光學(xué)特性等性質(zhì)均可調(diào)節(jié)，甚至能在牛頓流體和非牛頓流體之間轉(zhuǎn)換。該研究發(fā)表在最新一期《自然》雜志上。

這種創(chuàng)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(huì)彎曲，從根本上改變流體的性質(zhì)。元流體可用于液壓執(zhí)行器、程序機(jī)器人、根據(jù)沖擊強(qiáng)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(xué)設(shè)備等各種方面。

利用高度可擴(kuò)展的制造技術(shù)，研究團(tuán)隊(duì)生產(chǎn)了數(shù)十萬個(gè)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(dāng)液體內(nèi)部壓力增加時(shí)，膠囊就會(huì)塌陷，形成一個(gè)類似透鏡的半球體；壓力消除后，膠囊會(huì)彈回球形。

通過改變流體中膠囊的數(shù)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(jī)器人夾具中，讓夾具拾取玻璃瓶、雞蛋和藍(lán)莓，通過編程調(diào)節(jié)流體性質(zhì)，從而調(diào)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(qū)動(dòng)的傳統(tǒng)液壓系統(tǒng)中，機(jī)器人需要傳感器或外部控制才能做到這一點(diǎn)。而對(duì)于元流體來說，不需要任何傳感器，液體本身會(huì)響應(yīng)不同的壓力，改變其柔順性來調(diào)整夾具的力量，從而拿起沉重的瓶子、易碎的雞蛋或一個(gè)小藍(lán)莓。

研究還表明，當(dāng)膠囊為球形時(shí)，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(dāng)膠囊塌陷時(shí)，懸浮液會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)榉桥ｎD流體，其黏度會(huì)隨著剪切力而變化。這也是第一種被證明可在牛頓態(tài)和非牛頓態(tài)之間轉(zhuǎn)變的超流體。

（來源：科技日?qǐng)?bào)）