摘要：你能想象一种材料既能像变形金刚一样改变形状，又能像机器人一样听从指令吗？普林斯顿大学的工程师们最近就创造了这样一种神奇的 “变形材料机器人”——Metabot（超材料机器人）。它没有马达和齿轮，却能在电磁场的控制下自由伸缩、扭曲，甚至完成复杂动作，颠覆了传统机
你能想象一种材料既能像变形金刚一样改变形状，又能像机器人一样听从指令吗？普林斯顿大学的工程师们最近就创造了这样一种神奇的 “变形材料机器人”——Metabot（超材料机器人）。它没有马达和齿轮，却能在电磁场的控制下自由伸缩、扭曲，甚至完成复杂动作，颠覆了传统机器人与材料科学的边界。
受折纸艺术启发，研究团队利用塑料和磁性复合材料，设计出一种名为 “Kresling Pattern” 的螺旋管状结构。这些管状结构通过镜像对称（手性）组合，形成可重构的模块化单元。当施加电磁场时，磁性材料会驱动管状结构扭曲或压缩，使整个材料呈现出伸缩、弯曲等动态行为。
“我们的灵感来自折纸的折叠逻辑，” 普林斯顿大学工程学教授 Glaucio Paulino 解释道，“通过电磁场远程传递能量和信号，每个简单的单元动作组合起来，就能实现复杂的机器人行为。”
Metabot 的核心在于其手性结构带来的不对称特性。例如，顺时针扭曲时材料收缩，逆时针扭曲时展开；而改变操作顺序（先逆时针再顺时针），材料会进一步收缩。这种 “磁控滞后效应” 使 Metabot 能模拟复杂的物理响应，突破传统机械系统的对称限制。
实验中，研究人员制作了高度仅 100 微米（比头发丝稍粗）的原型机。通过激光光刻技术，这个微型 Metabot 能在电磁场下完成折叠、伸展等动作。MIT 材料专家 Xuanhe Zhao 评价：“这种模块化手性折纸超材料，为软机器人和智能材料开辟了激动人心的新方向。”
Metabot 的潜在应用充满想象力：
生物医学：微型化的 Metabot 可作为 “体内机器人”，精准递送药物至病灶，或辅助外科医生修复骨骼和组织；智能温控：通过切换吸光（黑色）和反光（白色）状态，Metabot 能将表面温度在 27°C 至 70°C 之间快速调节，适用于航天器热管理；光学设备：其动态结构可用于设计可重构天线、透镜等光学元件，适应不同波长的信号需求；复杂系统模拟：手性结构产生的滞后效应，可直接模拟工程、物理甚至经济学中的非线性系统行为。从变形金刚的科幻想象到实验室中的磁控材料，Metabot 展现了跨学科创新的力量。尽管目前仍处于原型阶段，但其无需电机的极简设计、远程控制的灵活性，以及手性结构的数学建模潜力，已为机器人、航空航天和智能设备领域埋下颠覆性种子。
未来，随着材料微型化和磁场控制技术的进步，Metabot 是否会像智能手机一样普及？它又将如何改变我们对 “机器人” 的定义？欢迎在评论区分享你的脑洞！
参考资料：DOI:10.1038/s41586-025-08851-0
来源：百姓认知堂
