关于支持科学新闻业
如果您喜欢这篇文章，请考虑通过以下方式支持我们屡获殊荣的新闻业 订阅。通过购买订阅，您正在帮助确保有关塑造我们当今世界的发现和想法的具有影响力的故事的未来。
哈佛大学和麻省理工学院 (M.I.T.) 的研究人员发明了一种真实的变形金刚，这是一种可以根据指令自行折叠成两种形状的装置。该系统还远未准备好与霸天虎作战——这个微小的装置仅形成相对粗糙的船和飞机形状——但这个概念有一天可能会产生变色龙般的物体，可以在任意数量的实用形状之间随意切换。
自折叠片材只是可编程物质的一个方面，即可编程物质是构建可以按需变形的结构的尝试。研究合著者、麻省理工学院的机器人专家丹妮拉·鲁斯说，这个想法是将材料和机器更紧密地结合在一起，以制造可以编程的日常物品，就像人们编程计算机一样。“与其编程比特和字节，”她说，“不如编程物体的机械特性。”
该系统在一篇本周在线发表于《美国国家科学院院刊》的论文中描述，由一片薄薄的树脂-玻璃纤维复合材料组成，只有几厘米宽，被分割成 32 个三角形面板，这些面板由柔性硅胶接头分隔开。一些接头具有热敏致动器，当被电流加热时会弯曲 180 度，从而在该接头处折叠片材。根据使用的程序，片材将进行一系列折叠，在大约 15 秒内产生船或飞机形状。折叠片材方法是计算折纸领域的延伸，计算折纸是对如何将平面物体折叠成复杂的三维结构的数学研究。
尽管新论文中提出的设计只呈现两种形状，但研究人员表示，原则上该系统可以产生更多形状。研究合著者、哈佛大学微型机器人实验室的电气工程师罗伯特·伍德说：“我们一直在寻找将大量不同功能嵌入到一张薄型片材中的方法。”“从长远来看，我们希望开发系统，将这不仅仅带到三、四或五种形状，而是带到更大范围的不同可实现形状。”
给定一组所需的三维形状，该小组的算法确定如何折叠片材以产生每个最终形状，然后如何在共享片材上容纳这些不同的折叠序列。另一种算法优化了片材的预期用途，限制了产生最终形状所需的嵌入式致动器的数量。例如，在飞机-船原型片材上，只有一半的接头具有致动器。
研究人员指出，尽管算法生成了可行的折叠模式以制造给定形状，但人类专家通常能够设计出更有效的方案。“它不知道如何发挥创造力，有时人类折纸艺术家可以像棋手一样预见几步，”鲁斯说。“你会看到一些模式，这些模式对于执行逐步过程的计算机程序来说并不明显。”
在近期，鲁斯设想计算折纸技术将构成三维显示系统的基础——例如，可以按需再现给定区域地形的地图。“你可以想象制造出能够给你呈现它们渲染物体的三维视图的机器，”她说。在更遥远的未来，可编程物质的应用可能会超越单纯的形状模仿，而涉及可编程的光学、电气或声学特性。