折磨困扰安装假肢的病人的问题有很多,不合适的关节插槽、接触性皮炎和皮脂囊肿只不过是其中几项。而引发这些问题的罪魁祸首就在于假肢器官对身体软组织造成的压力。

特拉维夫大学、荷兰FOM Institute AMOLF学院和荷兰莱顿大学的研究人员设计了一种打造机械“超材料”的新方法。这些机械“超材料”能够接受程序设定,进行一些复杂而又独特的变形。组成这些机械“超材料”的是一些合成材料,这些合成材料拥有天然材料上不常见的结构和特性。

研究人员表示,这些材料是一项“惊人突破”,未来有望应用于软机器人技术和可穿戴技术,还有助于开发更加贴合、舒适、易于使用的假肢。上周,《自然》期刊发表了这项研究。

特拉维夫大学机械工程学院的雅伊尔•肖克夫博士(Yair Shokef)和荷兰莱顿大学及AMOLF学院的马丁•凡•埃克教授(Martin van Hecke),通过一个3D打印的超材料立方体证明了他们的观点。

他们制作出了一个由10x10x10厘米的积木组成的立方体。当这个立方体受到挤压时,它的一侧就会出现一枚笑脸图案。这证明,这个立方体表面可以制作出一切花纹图案。

“一开始,我们从一些灵活可移动的积木或砖块入手。随着自身位置的变化,这些积木会发生变形,呈现出不同的特点。”肖克夫说,“我们对这些积木施加压力时,它们的形状会发生改变。从此入手,我们得以设计开发出一种全新的设计原理,对这些积木进行定位,把它们组装成一种体积更大、带有类机械功能的超材料。”

在某个方向上受到挤压时,超材料会产生花纹图案;因此我们可以假定,在其他方向上受到挤压时,超材料也会产生压痕和凸起花纹。

“受到挤压时,我们看似正常的立方体上就会出现一种特殊的凸起花纹。”肖克夫说,“有了超材料,我们可以通过谨慎设计其空间结构,‘编写程序’设定材料的行为。”

立方体的变形“会让立方体的侧面产生一种特殊的花纹,”肖克夫说,“我们可以小心谨慎地混合这些积木,让一切我们想要的花纹图案出现在受挤压的立方体侧面。此外,我们还可以利用这一立方体来分析这些花纹。”

这项全新的基础研究有望衍生出许多应用。“这种可编程的‘机械材料’可能非常适合用于假肢或可穿戴技术。对于这类设备而言,紧密贴合身体是非常重要的。”肖克夫说,“如果我们可以把这些积木做得更加复杂,或者使用其他材料制作这些积木,那么这一材料真的可以说是有着无限的可能性。”