结构可重编程的磁性超材料为生物医学、柔性机器人技术带来了希望

来自马德里卡洛斯三世大学 （UC3M） 和哈佛大学的科学家们已经通过实验证明，可以重新编程具有磁性的创新人造材料（称为超材料）的机械和结构行为，而无需修改其成分。这项技术为生物医学和软机器人等领域的创新打开了大门。这项研究最近发表在《先进材料》杂志上，详细介绍了如何通过使用分布在整个结构中的柔性磁体来重新编程这些机械超材料。

“我们提案的创新之处在于将小型柔性磁体集成到旋转菱形矩阵中，只需改变这些磁体的分布或施加外部磁场，就可以改变结构的刚度和能量吸收能力。这赋予了传统材料或自然界中不存在的独特特性。

“当我们设计新材料时，我们通常会关注它们的化学成分和微观结构，但对于超材料，我们也可以玩弄它们的内部几何形状和空间排列，”该研究的作者之一、来自 UC3M 连续介质力学和结构分析系的 Daniel García-González 解释说。

玩00:00这一突破代表了朝着创建可重构机械结构迈出的重要一步，该结构在机器人、冲击保护和航空航天工程等领域非常有用。据研究人员称，这种超结构的应用几乎是无限的。

“从软机器人中的冲击保护结构和自适应组件到外骨骼中的智能减震系统。在运动领域，它们可用于通过融入其中的元素的相互作用来改变运动鞋鞋底的机械响应，使某些区域更加灵活或坚硬，以改善人或跑步者的脚步。

“生物医学领域也出现了创新的可能性。例如，我们可以在阻塞的血管中引入这些结构的修饰，并通过施加外部磁场来扩展矩阵以疏通它，“另一位研究人员 Josué Aranda Ruiz 指出，他也来自 UC3M 的连续介质力学和结构分析系。

玩00:00为了进行这项研究，UC3M 和哈佛大学的研究人员将不同材料的鉴定和表征与它们作为磁方向函数的行为分析相结合。

为此，他们研究了磁体的取向、剩余磁化强度和刚度如何影响超材料的静态和动态响应，证明仔细的重新取向可以显着调整其行为。然后，他们分析了它与大型结构的集成以进行动态冲击测试。

“通过修改磁体的位置来调制它们之间的磁相互作用，我们可以在材料中实现完全不同的行为，”该研究的另一位作者、UC3M 连续介质力学和结构分析系的第三位研究员 Carlos Pérez-García 补充道。