美国又现神奇发明？可编程智能液体了解一下，或带来革命性应用

美国最新曝出一种新型神奇液体超材料，究竟有多神奇呢？现在你面前有一盆神奇液体，啪——你一掌拍下去，水花四溅，这是牛顿流体；你按下一个开关，啪——再一掌下去，痛得呲牙咧嘴，液体变成了钢板，这是非牛顿流体。

也就是说这种神奇的液体是一种可编程的聪明材料，可以通过压力变化来改变属性，在牛顿流体和非牛顿流体之间切换。不仅如此，你还可以通过编程改变它的弹性、粘度甚至光学特性，这一突破性的发明，革命性的创新，有可能在机器人技术、光学设备、能量消散等多个领域开辟崭新的应用天地。

这项研究来自哈佛大学约翰·A·保尔森工程与应用科学学院的团队，他们开发出了一种新型的可编程元流体超材料。元流体由直径在50至500微米之间的小弹性体球形颗粒组成，里面充满空气，由于胶囊壳体的屈曲赋予了流体高度非线性的行为特征，它们可以在压力作用下根本性地改变流体特性。

科学家们发现，在胶囊保持球状形态下，元流体呈现出牛顿流体的特性，粘度主要受温度变化的影响。但一旦胶囊发生塌陷，就会让悬浮液状态发生转变，进入非牛顿流体的领域，这时候它的粘度就开始随着剪切力的增加而发生变化——剪切力越强，流体流动性越好，这意味着世界上第一种可以在牛顿和非牛顿状态之间转换的元流体诞生了。

在试验中，科学家们利用自己开发的一种高度可扩展技术，制造出数以十万计的高度可变形球形胶囊，把它们混入硅油中悬浮起来。随着液体内部压力的增加，这些胶囊会发生形态上的塌陷，演变成半球状的透镜形态。一旦压力消散，这些胶囊便能够恢复原始的球形。

科学家们继而将这种流体开发成一种高度可调节的逻辑门，从而可以通过编程改变液体中胶囊数量、厚度和大小来调节流体的各种特性，包括弹性、粘度和不透明度等。

在试验中科学家们把元流体装填到液压机器人的手臂中，成功地演示了它抓取玻璃瓶、鸡蛋和蓝莓的能力，展现了它在不需借助传感器或外部控制装置的情况下，依靠不同压力的反应来调节抓握力度，适应各种重量和易碎性物体的独特能力。

而目前传统的液压系统是用空气或水作为动力，机器人需要安装某种传感器或外部控制才能调整抓力，以避免压碎抓取的物体。这意味着利用这种元流体，科学家们就可以设计“有思想”的智能机器人了，当它们“喝”下这种神奇的液体后，无需额外的传感器，就可以感知不同的压力，从而像我们人类一样，聪明地行走、转身、扭腰，或调整抓手力量，轻松快速地拿取不同物体，这可能是让机器人真正变成人的“关键”。

这种神奇的元流体不仅能够变形，还能够玩转光线。在第二项试验中，当胶囊保持圆球形态时，它们会散射光线，让流体显得不透明，这有点类似空气泡沫让充气的水显现出白色的效果。但当外部压力突然来袭时，这些胶囊就会迅速变身，如同微型透镜般汇聚光线，让流体变得透明起来。这种光学特性的转变，为多种潜在应用提供了可能性，比如可以根据压力变化调整颜色的电子墨水、自动调节透明度的窗户、防伪标签、动态广告、智能服装甚至医疗领域等等。

当然，这种“聪明”液体的应用可能还远不止于此，比如在运动装备或军事防护中，将这种流体制成自适应防护装置，就可以根据外力强度自动调节其硬度和吸收冲击的能力，提供舒适而又高效的保护。

这种流体也可以制造先进的流体传输系统，让流体在工业流体管道系统中，根据需要自动调节粘度，优化流体传输效率，减少能耗。

这种流体还可以制造个性化的医疗设备，在药物输送或体内探针等医疗应用中，根据体内环境变化进行自适应调整，从而提高治疗的精准度和效率。

然后在建筑或车辆设计中，这种流体也可用于开发能够根据冲击力自适应变化的防震系统，减轻地震或碰撞带来的冲击力，提高结构安全性。

科学家们目前正在探索这种元流体的声学和热力学性质，希望更全面地了解这种超材料的特性，让这种聪明的液体发挥更加重要的作用。

这项研究发表在4月3日《自然》杂志上，标题是：Shell buckling for programmable metafluids