对材料进行编程，只需按一下按钮即可更改形状，应用前景广阔

上图：刚度和形状变化可以通过对薄膜进行图案化来局部调整。下图：堆叠不同高度的箔片可以创建可编程材料。

可编程材料是真正的变形器。它们可以通过按下按钮以受控和可逆的方式改变其特性，独立适应以适应新的条件。例如，它们可用于制作舒适的椅子或床垫，以防止褥疮。为了产生这些，支撑物的形成方式使接触面很大，从而降低了身体部位的压力。

这种类型的可编程材料由弗劳恩霍夫卓越可编程材料CPM集群的研究人员开发，他们计划在行业合作伙伴的帮助下将其推向市场。他们的目标之一是减少资源的使用。

世界各地的许多人卧床不起——无论是由于疾病、事故还是年老。因为受影响的人往往不能自己移动或翻身，所以他们往往最终会出现非常痛苦的褥疮。将来，应该有可能借助可编程以完全适应其形状和机械性能的材料来避免褥疮。

例如，由可编程材料制成的床垫的身体支撑可以通过按下按钮在任何给定区域进行调整。此外，支撑层的形成方式使得一个点上的强压力可以分布在更宽的区域内。床上施加压力的区域会自动变得更柔软、更有弹性。护理人员还可以调整符合人体工程学的躺卧姿势，以最适合他们的患者。

材料和微结构

Fraunhofer CPM的研究人员正在开发用于需要对刚度或形状进行特定变化的应用的材料，该CPM由六个核心研究所组成，旨在设计和生产可编程材料。那么，我们如何对材料进行编程呢？

“从本质上讲，有两个关键领域可以进行调整：基础材料 - 床垫的热塑性聚合物和其他应用的金属合金，包括形状记忆合金 - 以及更具体地说，微观结构，”弗劳恩霍夫工业数学研究所ITWM发言人Heiko Andrä博士解释说，这是弗劳恩霍夫CPM核心研究所之一。

“这些超材料的微观结构由由小梁和薄壳等结构元素组成的晶胞组成。虽然传统细胞材料（如泡沫）中每个晶胞的尺寸及其结构元件是随机变化的，但可编程材料中的晶胞也是可变的，但可以精确定义，即编程。

例如，这种编程可以这样进行，即对特定位置的压力将导致床垫其他区域的特定变化，即增加接触面的尺寸并为身体的某些区域提供最佳支撑。

材料也会对温度或湿度做出反应

材料应表现出的形状变化及其反应的刺激（机械应力、热量、水分甚至电场或磁场）可以通过材料的选择及其微观结构来确定。

“可编程材料允许使产品适应特定的应用或人员，使其比以前更具多功能性。因此，它们不需要经常更换。在材料节约和可持续性的背景下，这尤其有趣，“弗劳恩霍夫材料力学研究所IWM的副发言人Franziska Wenz说，该研究所是弗劳恩霍夫CPM的另一个核心研究所。这也可以创造附加值，从而使产品适应用户的个性化需求。

申请之旅

单片材料可以取代整个传感器、调节器和执行器系统。弗劳恩霍夫CPM的目标是通过将系统的功能集成到材料中并减少材料的多样性来降低系统的复杂性。“在开发可编程材料时，我们始终牢记工业产品。因此，我们考虑了大规模生产过程和材料疲劳等因素，“Wenz 说。

与行业合作伙伴的初步试点项目也已经在进行中。研究小组预计，最初，可编程材料将替代现有系统中的组件，或用于特殊应用，如医用床垫，舒适的椅子，可变阻尼鞋底和防护服。“渐渐地，可编程材料使用的比例将会增加，”Andrä说。最终，它们可以在任何地方使用——从医学和体育用品到软机器人甚至太空研究。