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透明度、黏度、弹性都可因地制宜,科学家开发科幻“智慧流体”

2024-4-10 寰宇科学

科幻电影中,那些看起来仿佛有自我意识的液体出现在现实了。哈佛大学团队最近开发出一种“智慧流体”,具有可调整的弹性、光学特性、黏度等特质,科学家能利用这些行为制造出更先进智慧机器人、可调控逻辑闸、可切换特性的光学元件。

不同类型液体具有独特特性,比如水和蛋黄流动方式不同,压缩时表现也不同,但如果有单一流体能根据需求随意改变自身黏度、弹性、反射光的方式等属性,这就是哈佛大学团队最近办到的事情。

超材料是特性由结构而非成分决定的人工工程材料,近年已广泛应用,而哈佛大学团队开发的超常流体(metafluid)具独特流动能力与适应容器形状能力,它本质是包含大量小型弹性球体(50~500微米)的悬浮液,由于球体在压力下塌陷弯曲,压力消除后又弹回球形,从而在根本上改变流体特性,包括黏度、不透明度,甚至能在牛顿流体(Newtonianfluid)与非牛顿流体之间转换。

这些特性都能透过改变液体内球体的数量、厚度与尺寸来调节。

实验中,应用此种超流体的液压机器人无需依赖额外感测器或程式设计,单纯自动响应不同压力便可改变自身夹力,安全拾取了沉重玻璃瓶、易碎鸡蛋、1颗小蓝莓。

研究人员也在另一项实验中,展示基于压力的程式指令能使超流体像逻辑闸一样运作,当施加压力且球体塌陷,它们像微透镜一样允许光线通过、使液体变得透明;当压力消除且球体恢复成圆形,光便被散射导致超流体变不透明。

这项发明具许多潜在用途,如可控机器人、随压力改变颜色的电子墨水等光学应用。

新论文发表在《自然》(Nature)期刊。


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