你能想象吗,那些看似普通的史前编织篮子,竟隐藏着令现代科学家都惊叹的 “黑科技”。最近,密歇根大学的工程师们就从这古老的编织技术中获得灵感,研发出一种神奇的材料,让机器人也能拥有超强的抗压和弹性恢复能力。这到底是怎么一回事呢?咱一起来瞧瞧!
故事得从一篇关于史前编织篮子的考古文章说起。密歇根大学土木与环境工程博士生郭伟韦恩涂偶然读到这篇文章,一下子就被吸引住了。他心里琢磨着,这种流传了几千年,甚至能追溯到公元前 7500 年的古老工艺,肯定不只是看着好看,背后说不定藏着什么了不起的机械奥秘。你想啊,那个时候的人们,靠着简单的芦苇、树皮等材料,就能编出各种实用又精巧的篮子,这其中必定有门道。
研究团队决定一探究竟,他们重新审视编织结构的力学特性。用宽度跟小指差不多、厚度也就两张复印纸那么薄的聚酯薄膜带,模仿史前编织的方法,编织出各种三维超材料结构。为了对比,他们还做了连续未编织的聚酯薄膜结构。这一对比可不得了!就拿一对高 17 厘米的矩形盒状结构来说,被压缩 1 厘米后,两种结构都能恢复原状。但继续加压,连续结构很快就扛不住了,出现永久性损伤,而编织结构哪怕被压缩到只剩不到原始高度 20% 的程度,竟然还能完全恢复!这就好比一个弱不禁风的小身板和一个超级大力士,面对同样的压力,反应截然不同。
高分辨率三维扫描揭示了其中的秘密。连续结构受力时,应力都集中在几个点上,就像把所有的重量都压在一根细树枝上,树枝很容易就折断了,也就是发生不可逆的弯曲变形。而编织结构呢,能把应力均匀地分散到更大的区域,就像把重量分摊在一张大网上,每个地方承受的压力都不大,自然不容易损坏,既能轻松应对压力,又能保持弹性。在刚度测试里,编织材料的硬度达到连续结构的 70%,彻底打破了我们对编织物只有柔韧性的传统认知。
研究团队还设计了个类似机器人手臂的 L 形结构做测试。这个结构能垂直支撑起相当于自身重量 80 倍的载荷,这是什么概念?就好比一个人要扛起 80 个自己,还能像人类手臂一样灵活向上弯曲,厉害吧!还有那个被研究人员叫做 “狗” 的四足机器人,简直是个 “大力士”,能承受自身 25 倍重量的压力,带着这么重的负担还能正常行走。一旦移除过载,马上就能恢复原样,继续执行任务。
这项研究可太有意义了。以前机器人材料总是在刚性和柔性之间纠结,现在这种编织材料完美解决了这个难题,给新一代智能机器人设计带来了新希望。菲利波夫教授说,这种轻质编织材料在人机碰撞时还能保护人类安全,特别适合服务机器人、医疗机器人这些要和人密切接触的领域。在外骨骼技术方面,研究人员已经设计出编织外骨骼概念原型,能根据人体需求调节硬度,比传统刚性外骨骼舒服多了。在建筑和汽车工业,编织结构能吸收分散冲击能量,对提高抗震、防撞性能大有用处。
科学家们还不满足于此,下一步打算把活性电子材料整合到编织结构里,创造出能感知环境变化、自主调整形状和特性的 “智能” 系统。想象一下,未来的机器人、建筑材料、汽车零部件都用上这种神奇的材料,世界会变成什么样?我真是太期待了!你们说,这史前编织篮子里的 “黑科技” 是不是超级厉害?对未来这些应用,你们有啥想法,快在评论区跟我唠唠!