馬薩諸塞大學(xué)阿默斯特分校的一個研究小組最近在《美國國家科學(xué)院院刊》上宣布，他們已經(jīng)設(shè)計出一種新的類似橡膠的固體物質(zhì)，它具有令人驚訝的品質(zhì)，可以吸收和釋放非常大量的能量，不僅如此，它還是可編程的。

嵌入磁鐵的彈性材料，其兩極分別以紅色和藍(lán)色標(biāo)示。將磁鐵放在不同的方向上會改變超材料的反應(yīng)。

綜合來看，這種新材料在一系列非常廣泛的應(yīng)用中有著巨大的前景，從使機器人在不使用額外能量的情況下?lián)碛懈嗟膭恿Γ娇梢愿斓叵⒛芰康男骂^盔和防護材料。

"想象一下一個橡皮筋，"阿默斯特大學(xué)聚合物科學(xué)和工程教授、該論文的資深作者Alfred Crosby說。"你把它拉回來，當(dāng)你放開它的時候，它就會飛過房間?，F(xiàn)在想象一個超級橡皮筋。當(dāng)你把它拉過某個點時，你激活了儲存在材料中的額外能量。當(dāng)你放開這根橡皮筋時，它可以飛出很遠(yuǎn)。"

這種假設(shè)的橡皮筋是由一種新的超材料制成的--一種被設(shè)計成具有自然發(fā)生的材料中所沒有的特性的物質(zhì)--它將一種有彈性的、類似橡膠的物質(zhì)與嵌入其中的微小磁鐵結(jié)合在一起。這種新的"彈性磁性"材料利用了一種被稱為相移的物理特性，極大地放大了該材料所能釋放或吸收的能量。

當(dāng)一種材料從一種狀態(tài)移動到另一種狀態(tài)時就會發(fā)生相移：我們可以想象一下水變成蒸汽或液體混凝土硬化成人行道。每當(dāng)一種材料發(fā)生相位轉(zhuǎn)移時，能量就會被釋放或吸收。而且，相變并不僅僅局限于液態(tài)、固態(tài)和氣態(tài)之間的變化--相變可以從一個固相發(fā)生到另一個固相。釋放能量的相變可以作為一種動力源加以利用，但獲得足夠的能量一直是困難的部分。

Crosby說："為了放大能量的釋放或吸收，你必須在分子或甚至原子層面上設(shè)計一個新的結(jié)構(gòu)。然而，這是很有挑戰(zhàn)性的，甚至更難以可預(yù)測的方式進行。但通過使用超材料，我們已經(jīng)克服了這些挑戰(zhàn)，不僅制造了新材料，而且還開發(fā)了設(shè)計算法，使這些材料能夠被編程為特定的反應(yīng)，使其具有可預(yù)測性。"

該團隊從自然界中看到的一些閃電般的反應(yīng)中獲得了靈感：例如捕蠅草的快速關(guān)閉所用的時間讓飛蟲根本沒有時間逃脫。論文的主要作者Liang Xudong說："我們已經(jīng)把它帶到了一個新的水平，"他目前是中國深圳哈爾濱工業(yè)大學(xué)（HITSZ）的教授，在UMass Amherst做博士后時完成了這項研究。"通過在彈性材料中嵌入微小的磁鐵，我們可以控制這種超材料的相變。而且，由于相位轉(zhuǎn)換是可預(yù)測和可重復(fù)的，我們可以設(shè)計超材料，使其準(zhǔn)確地做我們想要做的事情：要么吸收巨大沖擊的能量，要么釋放大量的能量進行爆發(fā)性的運動。"