哈佛大学奇特的“元流体”包含可编程特性

哈佛大学的工程师们发明了一种奇怪的新型“元流体” —— 一种可以通过编程改变性质的液体，比如它的可压缩性、透明度、粘度，甚至它是否符合牛顿定律。

大多数材料的特性 —— 硬度、光泽或颜色 —— 取决于它们的构成，但超材料的特性来自于它们精心设计的结构，由小部件组成。这些小部件的形状、大小和排列使它们能够操纵电磁波，从而改善诸如隔音、发电机、甚至隐形斗篷或超声波悬浮表面之类的东西。

在这项新研究中，哈佛大学工程与应用科学学院（SEAS）的研究人员开始将这一原理应用于液体。

该研究的资深作者卡蒂亚·贝托尔迪说：“与固体超材料不同，超流体具有独特的流动能力，可以适应容器的形状。我们的目标是创造一种超流体，它不仅具有这些显著的属性，而且还为可编程粘度、可压缩性和光学特性提供了一个平台。”

在这种情况下，元流体的小部件是50到500微米宽的充气弹性体球体，悬浮在硅油中。这些小球在压力下会坍缩，当压力减轻时又会弹出来，这两种不同的状态会改变元流体的性质。

例如，当球呈圆形时，它们会散射光线，使液体看起来不透明。但在压力下，当它们坍缩成半月形时，它们就像微小的透镜一样，聚焦光线，使元流体变得透明。研究小组表示，这意味着它们可以用作变色电子墨水。

在另一项测试中，研究人员将这种流体用作机器人抓手的液压介质。由于这种元流体可以自动对不同的压力做出反应，它会调整抓手的力度，使它能够在不损坏它们的情况下抓取不同的物体 —— 在这种情况下，是一个瓶子、一个鸡蛋和一个蓝莓。通常，在水或空气中运行的液压系统需要传感器或外部控制来调整其抓取物体的握力。

元流体也可以在牛顿流体和非牛顿流体之间切换。当胶囊呈球形时，它是牛顿力学的 —— 这意味着它的粘度只随温度变化，类似于水 —— 但当它们坍塌时，它就变成了非牛顿力学的，这意味着它的粘度会随着剪切力的变化而变化，更像番茄酱。

研究人员表示，这种元流体的应用范围非常广泛。除了上面提到的那些例子，它还可以用于根据撞击强度耗散能量的减震器，或者用于打开液体计算机的逻辑门。不同的配方可以通过调整悬浮胶囊的数量、厚度和大小来赋予其不同的性质范围。

在未来的工作中，研究小组计划研究这种流体的声学和热力学性质。

这项研究发表在《自然》杂志上。

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