能變身的不只是變形金剛，還有這種超材料高分子教研室還記得《變形金剛》里隨時可以變身的機(jī)器人嗎？大黃蜂、擎天柱們伸縮自如的變形讓我們依然記憶猶新?？苹霉倘混趴幔瑢崿F(xiàn)起來或許并不那么遙遠(yuǎn)。這不，材料科學(xué)家們最近就發(fā)明了材料版的“變形金剛”。折紙游戲引發(fā)的腦力風(fēng)暴上圖展示的是發(fā)表在《NatureCommunications》上一種最新的超材料。超材料是一個較大的概念，指的是一些具有人工設(shè)計的結(jié)構(gòu)并呈現(xiàn)出天然材料所不具備的超常物理性質(zhì)的復(fù)合材材料，超材料的設(shè)計思想是新穎的，這一思想的基礎(chǔ)是通過在多種物理結(jié)構(gòu)上的設(shè)計來突破某些表觀自然規(guī)律的限制，從而獲得超常的材料功能。這項工作的研究者是來自哈佛大學(xué)的KatiaBertoldi團(tuán)隊。啟迪他們的，是我們孩童時代天天玩的游戲——折紙游戲。不過，這種看起來比我們疊疊紙飛機(jī)高端許多的折紙游戲是來自于HeinzStrobl——這位老兄用這種很新鮮的折紙方式來教導(dǎo)剛?cè)肼毜臄?shù)學(xué)老師制作一些復(fù)雜幾何體，以用于幾何教學(xué)中。HeinzStrobl甚至辦了一個網(wǎng)站（網(wǎng)址http://www.knotology.eu/PPP-Jena2010e/start.html）來傳授這項小發(fā)明。（左圖:HeinzStrobl發(fā)明的折紙術(shù)中使用的基本元件，由紙條折疊而成；右圖：基本元件經(jīng)過合理組合形成的復(fù)雜多面體）KatiaBertoldi團(tuán)隊在HeinzStrobl折紙術(shù)上進(jìn)行了進(jìn)一步升華：把紙片如果換成硬塑料片的話，通過合理設(shè)計多面體的形狀，那些折紙玩具就變身成了可軟可硬的神奇材料：（左邊多面體：施加握力后無形變；右邊多面體：施加外力后可變形，并且可以折疊）玩轉(zhuǎn)幾何學(xué)KatiaBertoldi在這篇大作中闡述了很多玩法，不過，再復(fù)雜的也要通過簡單的開始做起。他們先是設(shè)計了一個簡單的“空間十字”結(jié)構(gòu)（下圖紅框內(nèi)的幾何體）。這個結(jié)構(gòu)是一個36條邊連接的24面體，而細(xì)細(xì)分析，可以看成是以中心六面體每個面的垂直向量為方向、邊長為伸展尺寸而構(gòu)造出的互連立方體，而其中最重要的幾何參數(shù)就是中心幾何體任意兩邊之間的夾角γ1，γ2與γ3。由于幾何學(xué)上的限制關(guān)系，這三者取值是不能是任意的，如果將三者的取值構(gòu)建成一個直角坐標(biāo)系，其取值只能處于一個四面體內(nèi)（上圖b）。（通過計算機(jī)的模擬，可以非常方便地觀察到，隨著這三個角度的變化，原始的“空間十字”結(jié)構(gòu)也在發(fā)生著不同方式的折疊與變形。）當(dāng)處于一些直角或者零角度的時候，這個結(jié)構(gòu)便有如下四種變化：除了手動讓材料“變身”，它也能被賦予驅(qū)動功能——在折葉部位加上一個小型充放氣的氣囊，在充放氣下，折葉部位產(chǎn)生力矩，形變同樣會發(fā)生：驚嘆之余有人會問：除了玩玩，還有什么用處嗎？即使依然是概念展示，但是這種設(shè)計理念不受其尺寸限制，它可以設(shè)計成橫跨微米至米級尺寸的任意可變形超