據麥姆斯咨詢報道，馬德里卡洛斯三世大學（UC3M）和哈佛大學的科學家們通過實驗證明，無需改變這種磁性超構材料的組成，就可以對其機械和結構行為進行重新編程。這項技術有望為生物醫學和軟體機器人等領域的創新打開大門。
該研究成果已經以“Reprogrammable Mechanical Metamaterials via Passive and Active Magnetic Interactions”為題發表在最近的Advanced Materials期刊上。這項研究詳細介紹了如何利用分布在機械超構材料結構中的柔性磁鐵對其進行重新編程。
磁響應單元的機械和結構響應
該研究的創新之處在于將微型柔性磁鐵整合到旋轉菱形矩陣中，只需改變這些磁鐵的分布或施加外部磁場，就能改變結構的剛度及其能量吸收能力。這將賦予傳統材料自然所不具備的獨特性能。
“當我們設計新材料時，通常重點關注它們的化學成分和微觀結構，但有了超構材料，我們還可以研究它們的內部幾何形狀和空間排列。”該研究的作者之一、來自UC3M連續介質力學和結構分析系的Daniel García-González解釋說。
這一突破標志著向創造可重構機械結構邁出了重要一步，這種結構在機器人、防撞擊和航空航天工程等領域非常有用。研究人員表示，這種結構的應用潛力是無限的。
從軟體機器人技術中的沖擊保護結構和自適應組件，到外骨骼中的智能減震系統。在體育運動領域，這種新型超構材料可通過運動鞋底中各元素的相互作用來改變鞋底的機械響應，使某些區域更柔韌或更堅硬，從而改善步行或跑步的腳步。
可重新編程的主動和被動沖擊響應
“在生物醫學領域，這種創新的潛力也正在顯現。例如，我們可以在阻塞的血管中引入這些結構的修飾版本，并通過施加外部磁場，擴大基質以疏通血管。”同樣來自 UC3M 連續介質力學和結構分析系的另一位研究員Josué Aranda Ruiz指出。
為了開展這項研究，UC3M和哈佛大學的研究人員將不同材料的鑒定和表征與分析它們作為磁性取向函數的行為相結合。
為此，他們研究了磁體的方向、殘余磁化和剛度如何影響超構材料的靜態和動態響應，結果表明，仔細調整方向可以顯著調整超構材料的行為。然后，他們分析了將其集成到更大結構中進行動態沖擊測試的情況。
該研究的另一位作者、UC3M連續介質力學與結構分析系的研究員Carlos Pérez-García補充說：“通過改變磁體的位置來調節它們之間的磁相互作用，我們可以在材料中實現完全不同的行為。”
