“元流体”能通过编程改变性质

元流体通过哈佛徽标展示其可调光学性质。图片来源：哈佛海洋研究所

美国哈佛大学工程与应用科学学院研究人员开发出一种可编程的“元流体”，其弹性、黏度、光学特性等性质均可调节，甚至能在牛顿流体和非牛顿流体之间转换。该研究发表在最新一期《自然》杂志上。

这种创新超流体被称为“元流体”，使用了微型弹性球体（50―500微米之间）的悬浮液，球体在压力下会弯曲，从根本上改变流体的性质。元流体可用于液压执行器、程序机器人、根据冲击强度消散能量的智能减震器，以及从透明过渡到不透明的光学设备等各种方面。

利用高度可扩展的制造技术，研究团队生产了数十万个高度可变形的球形胶囊，其中充满空气并将它们悬浮在硅油中。当液体内部压力增加时，胶囊就会塌陷，形成一个类似透镜的半球体；压力消除后，胶囊会弹回球形。

通过改变流体中胶囊的数量、厚度和尺寸，可改变流体的许多特性，包括其黏度和透明度。

研究人员将元流体加载到液压机器人夹具中，让夹具拾取玻璃瓶、鸡蛋和蓝莓，通过编程调节流体性质，从而调整其抓力来拾取3种物体而不压碎它们。

在由普通空气或水驱动的传统液压系统中，机器人需要传感器或外部控制才能做到这一点。而对于元流体来说，不需要任何传感器，液体本身会响应不同的压力，改变其柔顺性来调整夹具的力量，从而拿起沉重的瓶子、易碎的鸡蛋或一个小蓝莓。

研究还表明，当胶囊为球形时，元流体的行为类似于牛顿流体，这意味着其黏度仅随温度而变化。然而，当胶囊塌陷时，悬浮液会转变为非牛顿流体，其黏度会随着剪切力而变化。这也是第一种被证明可在牛顿态和非牛顿态之间转变的超流体。

（记者张梦然）