“元流體”能通過編程改變性質

元流體通過哈佛徽標展示其可調光學性質。圖片來源：哈佛海洋研究所

美國哈佛大學工程與應用科學學院研究人員開發出一種可編程的“元流體”，其彈性、黏度、光學特性等性質均可調節，甚至能在牛頓流體和非牛頓流體之間轉換。該研究發表在最新一期《自然》雜志上。

這種創新超流體被稱為“元流體”，使用了微型彈性球體（50—500微米之間）的懸浮液，球體在壓力下會彎曲，從根本上改變流體的性質。元流體可用于液壓執行器、程序機器人、根據沖擊強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設備等各種方面。

利用高度可擴展的制造技術，研究團隊生產了數十萬個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。當液體內部壓力增加時，膠囊就會塌陷，形成一個類似透鏡的半球體；壓力消除后，膠囊會彈回球形。

通過改變流體中膠囊的數量、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器人夾具中，讓夾具拾取玻璃瓶、雞蛋和藍莓，通過編程調節流體性質，從而調整其抓力來拾取3種物體而不壓碎它們。

在由普通空氣或水驅動的傳統液壓系統中，機器人需要傳感器或外部控制才能做到這一點。而對于元流體來說，不需要任何傳感器，液體本身會響應不同的壓力，改變其柔順性來調整夾具的力量，從而拿起沉重的瓶子、易碎的雞蛋或一個小藍莓。

研究還表明，當膠囊為球形時，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，當膠囊塌陷時，懸浮液會轉變為非牛頓流體，其黏度會隨著剪切力而變化。這也是第一種被證明可在牛頓態和非牛頓態之間轉變的超流體。

（記者張夢然）