馬薩諸塞大學阿默斯特分校的一組研究人員最近在美國國家科學院院刊上宣佈，他們設計了一種新的橡膠狀固體物質，具有令人驚訝的品質。它可以吸收和釋放非常大的能量。它是可程式設計的。總而言之，這種新材料在非常廣泛的應用中具有巨大的前景，從而使機器人在不使用額外能量的情況下獲得更多動力，到新頭盔和可以更快耗散能量的防護材料。
“想象一根橡皮筋，”麻省大學阿默斯特分校聚合物科學與工程教授、該論文的資深作者阿爾弗雷德克羅斯比說。“你把它拉回來，當你放開它時，它會飛過房間。現在想象一個超級橡皮筋。當你把它拉伸到某個點時，你會啟用儲存在材料中的額外能量。當你鬆開這個橡皮筋時去吧，它飛了兩公里。”這個假想的橡皮筋是由一種新的超材料製成的——一種被設計成具有天然材料中沒有的特性的物質——它結合了一種彈性的橡膠狀物質和嵌入其中的微小磁鐵。這種新的“彈磁”材料利用稱為相移的物理特性來極大地放大材料可以釋放或吸收的能量。
當材料從一種狀態移動到另一種狀態時，就會發生相移：想想水變成蒸汽或液態混凝土硬化成人行道。每當一種材料改變其相位時，能量要麼被釋放要麼被吸收。相移不僅限於液態、固態和氣態之間的變化——從一種固相到另一種固相的轉變也可能發生。可以利用釋放能量的相移作為電源，但獲得足夠的能量一直是困難的部分。“為了放大能量釋放或吸收，你必須在分子甚至原子水平上設計一個新結構，”克羅斯比說。然而，這具有挑戰性，甚至更難以以可預測的方式進行。但是透過使用超材料，克羅斯比說：“我們已經克服了這些挑戰，不僅製造了新材料，而且還開發了設計算法，使這些材料能夠以特定的響應進行程式設計，使其具有可預測性。”
該團隊受到自然界中一些閃電般的快速反應的啟發：捕蠅草和捕蠅草的快速關閉。“我們已經把它提升到了一個新的水平，”該論文的主要作者，目前是中國深圳哈爾濱工業大學 (HITSZ) 的教授，他在麻省大學阿默斯特分校做博士後期間完成了這項研究。“透過將微型磁鐵嵌入彈性材料中，我們可以控制這種超材料的相變。而且由於相移是可預測和可重複的，我們可以設計超材料來做我們想要做的事情：要麼吸收來自巨大的衝擊力，或釋放大量能量進行爆炸性運動。”這項研究得到了美國陸軍研究實驗室和美國陸軍研究辦公室以及深圳哈爾濱工業大學 (HITSZ) 的支援，適用於需要高強度衝擊或閃電般快速響應的任何場景。
