正文 | 脑极体
波浪是如何形成的？
如果将喷雾拆开，只剩下一个水分子。如果这些水分子再次聚集起来，在潮汐力的作用下，海浪就能“涌现”出来。
生起也是智慧诞生的方式。一个足够复杂的有机体是由简单的元素和简单的联系组成的，智能可能从中“涌现”出来，比如由数千亿个神经元组成的人脑，比如由数百万只蚂蚁组成的蚁群。山开路，遇水搭桥，完成了连蚂蚁都比不上的智能动作。
如果你还记得《超级海军陆战队》里那个暖宝宝一样的大白，那么你可能还记得小男孩阿红发明的另一项黑科技，一个像蜡笔一样的神经控制微型机器人，单独看起来很普通。但是一旦上千个机器人组合在一起，在人类思维的控制下，它们就可以组合成各种形状，完成各种复杂的任务。
这种科幻设定并不奇怪。虽然神经操纵的技术还很难实现，但我们对将简单结构对象拼接成复杂事物的方法非常熟悉。比如孩子们喜欢的乐高，还有数字版的乐高“我的世界”。
现在，研究人员更进了一步。MIT（麻省理工学院）位与原子中心（CBA）的科学家们发明了一种“机械超材料”的新材料体系，可以通过一系列微观聚合物材料制成像“积木”一样的微组件模块的，可以表现出一些非常独特的机械性能，比如被挤压后的扭转运动。即使组装成具有大型复杂三维结构的对象后，也可以保持与基本模块相同的属性。
这种被称为“体素”的新材料不仅是乐高高级玩家的福音，未来还可以应用于拼接各种大型复杂物体，包括汽车、风力涡轮机叶片和各种特殊机器人。可用于工业制造、机器人、军事设施和日常消费。
什么是超材料？
物质，在亚里士多德看来，是所谓“四因论”的基本要素之一，是形而上学永远无法摆脱的“客观现实”。其实，对于大多数中国人来说，材质一点都不神秘，它是“金、木、水、火、土”等体验世界中可以直观看到的东西。
具体到生活经历，就是浇灌土地的水，做生活用具的泥土，烧火的柴火，砍伐耕作的铁器。今天我们稍微分类一下，也就是所谓的陶瓷材料、木材材料、金属材料，以及现代科技和工业生产的高分子材料和复合材料。
同样，超材料是现代跨学科研究中新兴的材料新领域，涵盖电气工程、凝聚态物理、微波、光电子学、经典光学、材料科学、半导体科学和纳米技术等学科。
“超材料”只能是具有人工设计的结构和自然材料所不具备的非凡物理特性的复合材料。
例子包括可以将废热直接转化为可用电能的热电材料、可以用作太阳能电池替代材料的钙钛矿，以及可以成为出色绝缘体的气凝胶。还有超导材料Stanene，一种拓扑绝缘体，可以在室温下进行零电阻导电，就像斯坦福大学张首晟教授提出的超导材料Stanene。
最花哨的超材料是美国DARPA资助的一种隐形材料，可以改变覆盖物周围的光速，非常“科幻”。
超材料的特点是以其不同于其构成材料的微观性质的大尺度性质而著称，因此多用于电磁场，主要围绕其微观结构水平进行设计，但研究宏观力学性质的超材料。在这方面没有做太多的工作。
因此，体素的提出是宏观方面的新突破。
体素：一种柔性和刚性的机械超材料
体素之所以叫体素，是为了图像像素（Pixel）的三维化。
这种被称为“体素”的“机械超材料”的特点不是其材料的特殊性，而是其设计结构。体素是由注塑成型的聚合物组成的平面结构，然后拼接成三维结构。
上个月，麻省理工学院的研究人员在 Science 杂志的子公司 Science Advances 上发表了他们的研究结果，提出了四种不同类型的机械超材料亚基结构，或四种类型的体素。
如上所示，四种体素类型是刚性（灰色）、柔顺（紫色）、拉胀（橙色）和手性（蓝色）。
灰色刚性材料是刚性和轻质的完美结合，可应用于既需要高强度性能又需要特定重量的结构物体，例如赛车。
近日，麻省理工团队与丰田联手推出了这款“体素”赛车。除了电机和电源外，汽车的其余部分都是由体素组成的。据研究团队称，他们用了一个月的时间来组装这种轻质、高刚性的结构，而使用传统的玻璃纤维施工方法建造类似的结构需要一年的时间。
在实际演示中，由于赛道表面很滑，汽车最终撞到了障碍物（可能是故意的）。没想到，车内网格状的内部结构变形，完全被吸收。反弹发生在冲击力之后，几乎没有损坏。如果是传统的金属车，很可能会严重凹陷，如果是复合材料，就会被砸成碎片。
这个结果令人振奋，未来可能会有大量的物品或机械可以在外包装结构中使用这种刚性材料。除了这个标准的刚性体素之外，其他三个体素也具有独特的属性。
第二个是紫色的“顺从”体素，其泊松比（横向变形系数）为零，在压缩过程中没有横向变形，这也是我们直观体验的一个因素。这是一个颠覆性的特征，因为我们很少在已知材料中看到这种情况。
第三个，橙色“拉胀”体素，构成一个立方体材料，当压缩时，它不会从侧面凸出，而是向内凸出。
第四种蓝色“手性”体素在受到轴向压缩或拉伸时会表现出扭曲响应。这也是一个不寻常的功能。
最初，后两者需要非常复杂的制造技术来生产类似的材料，但现在通过这种体素拼接技术，可以通过廉价的方法轻松且廉价地制造这些独特的特性。
由于体素组合形成的结构可以表现出与亚基完全相同的行为，这相当于一个整体可以作为一个更大的整体结构的一部分，而中间的组合则相当于消失，形成一个连续整型材料。
由于体素具有一致的大小和组成，因此可以以任何方式组合它们，从而使整个设备获得不同的属性。与前一种相比军事机器人的结构，最大的变化是在一个设备中结合了许多机械和材料特性，这些特性通常被认为是孤立存在的。
最重要的是，这种性能优异、廉价易用的超材料有望彻底改变超轻材料结构的成本，具有相当大的可定制性和实用功效，具有非常广阔的应用前景。
体素超材料的广阔应用前景
体素的这些机械超材料特性指向了最基本的应用方向之一，即通过将这些具有独特特性的部件结合起来制造巨大的实用装置。
体素可以构成汽车、轮船、飞机和各种专业机器人上的所有刚性和运动部件。研究人员给出的一个典型应用是建造风力涡轮机的涡轮叶片。
我们在旅行的路上可能会看到那些远山上的风力涡轮机，其中一个叶片长达数十米，这使得叶片的运输和安装非常困难。但如果刀片由数千个微小的子单元组装而成，这些子单元可以很方便地运输到现场再组装，大大消除了运输问题。
此外，一旦这些发电机被废弃，巨大的涡轮叶片的拆卸和回收也是一个问题，而由微体素制成的叶片可以在现场拆卸和重复使用。
更重要的是，叶片本身具有T恤衫的机械特性，使叶片能够动态响应风力的变化，从而提高风力发电效率。
基于体素的可扩展性和独特特性，体素超材料可用于制造坚固但特别轻的航空器，其表面形状可以不断优化，真正像鸟的翅膀；它还可以使汽车的空载质量更接近有效载荷，防撞结构将大大降低整车的质量；体素的抗压强度可以使无氦真空气球可以漂浮在大气中。球壳的净载荷可达大型喷气式飞机的几十倍。，大大增加了负载能力。
也就是说，体素超材料类似于一种仿生细胞状材料，为未来的工业设计提供了全新的工具。
在专业的机器人制造中，由于有这样一个低成本、可扩展的、具有许多机械和材料特性的系统，人们可以根据体素的各种特性来设计各种机器人，例如四足机器人、游泳机器人、飞行机器人、管道检测等。 . 机器人等
事实上，美国军方的影子还在麻省理工学院的研究背后，其研究得到了美国宇航局和美国陆军研究实验室的支持。这意味着这些具有独特力学性能的材料将被用于军事领域的设备和机器人的设计和制造，例如制造能够吸收冲击能量的机器人，用于反恐引爆现场，制造桥梁和梯子等。可以快速拼接。大大提高军事机动性以及战斗人员和装备的生存能力的机器人。
在可预见的未来，一旦这种体素材料能够大规模商用，可能像乐高一样简单易得，那么很有可能会出现民用定制编程材料的应用领域军事机器人的结构，从而导致各种生活。、游戏娱乐设备、机器人及大型工程设备。
作为一个致力于“科技向善”的媒体人，最后只真心希望这种超材料能够造福人类，而不是被用于战争。
