液体都“智能”可编程了？哈佛新型超材料登Nature，粘度、透明度、弹性可变

最近，一种被称为“智能"液体的多功能可编程的新型超材料——Metafluid，登上了Nature。

它由哈佛大学SEAS的研究团队研发，据说可自由调节弹性、光学特性、粘度。

研究人员表示，有了这些buff属性加成，该流体在编程液压机器人、智能减震器、光学设备中都有巨大的应用潜力。

可编程的“智能液体”

为什么说可用于编程液压机器人等技术？奥秘就在这张图中：

来看研究人员的展示。

研究人员设计了一个抓取器，用空气和水作对照，通过抓取玻璃瓶、鹌鹑蛋、蓝莓，来表现Metafluid对抓取器具有弹性控制能力的原理。

装置如下图，一个注射器从一头注入，另一头的注射器受压力驱动“抓手”：

注入空气量相同的情况下，玻璃瓶刚好能抓稳，鹌鹑蛋和蓝莓直接被压烂。

注入水量相同的情况下，玻璃瓶刚好能抓稳，鹌鹑蛋和蓝莓这边又压力太小碰都碰不到：

下面这个实验，将Metafluid的弹性可压缩更直观的表现了出来，压力影响下，甘油很快就把软管撑起了一个大包，而Metafluid的临界点显然还要靠后一些：

而且它的黏性和流动性也会发生变化：

△胶囊屈曲后在流体中的流动现象

当那个压力被移除时，胶囊会弹回到它们的球形状态，由此改变液体粘度和透明度等属性，而胶囊的数量、厚度和大小也会有影响。

微米级胶囊实验中，悬浮液改为硅油。

微米级胶囊悬浮液的压力-体积曲线显示出与厘米级胶囊相似的非线性行为，但由于制造过程中的几何缺陷，微尺度胶囊的Metafluid没有那么明显的平台现象。

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△球形胶囊在流体中的流动现象

研究人员还研究了胶囊屈曲对Metafluid光学特性的影响。他们使用COMSOL软件进行光线追踪模拟，发现球形和屈曲状态的胶囊显示出不同的散射行为。

实验中，他们测量了通过微米级胶囊悬浮液传输的光功率，并发现在胶囊屈曲时，透射率显著增加。这种变化归因于胶囊屈曲造成的“透镜效应”和胶囊覆盖面积的减少。

此外，研究人员还探讨了胶囊屈曲对Metafluid流变性的影响。他们使用平行板流变仪来测量Metafluid在不同胶囊状态下的粘度。

结果表明，当胶囊处于球形状态时，Metafluid表现出牛顿流体的特性，而当胶囊屈曲时，Metafluid转变为非牛顿剪切稀化流体。

△胶囊屈曲后形成聚集体

这种转变归因于胶囊屈曲后形成的聚集体，这些聚集体在高剪切率下会逐渐破裂。

研究人员表示接下来还计划探索这种Metafluid的声学和热力学属性：

这种可扩展、易于生产的Metafluid的应用空间是巨大的。我们的探索还停留在表面。

论文链接：https://www.nature.com/articles/s41586-024-07163-z