磁性超材料结构调整能改变特性，有望用于生物医学和软体机器人

科技日报记者 刘霞

西班牙马德里卡洛斯三世大学与美国哈佛大学联合研究团队通过实验证实，只需调整内部磁体排列或施加外部磁场，就能改变磁性超材料的力学和结构特性。这一成果有望为生物医学、软体机器人等领域带来更多创新应用。相关研究成果发表于最近的《先进材料》杂志。

研究示意图。图片来源：《先进材料》杂志

超材料作为人工设计的智能材料，能够实现自然界材料所不具备的超常物理性质（如负折射率、负磁导率等）。研究团队创造性地将微型柔性磁体排列成旋转的菱形阵列，通过动态调整磁体分布或施加外部磁场，可使磁性超材料整体展现出可调控的刚度与能量吸收能力。这种“变形金刚”般的特性，此前从未在传统材料中出现。

在实验中，研究团队系统分析了磁体取向、剩磁特性及材料刚度间的细微关联。他们发现：改变磁体排列方向，或精确调控磁体间距产生的相互作用，都能让超材料展现出截然不同的特性。

团队表示，传统材料研发关注化学组成和微观结构，而对于超材料，可以利用其内部几何形状和空间排列，赋予其新特性。这种通过几何构型与空间排列实现性能调控的新范式，为可重构机械结构开辟了新领域。

从智能机器人到航天工程，从运动科技到医疗健康，磁性超材料具有广泛的应用潜力。在软体机器人领域，这种超材料可化身为“智能护甲”，实现冲击吸收的自动调节；在运动鞋底植入这类材料后，其能像“会思考”的弹簧，动态调整各区域软硬度，从而实现更高的跑步效能；在医疗应用领域，这些“磁性精灵”可在磁场引导下疏通血管。

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通过简单改变“内部排列”或施加“外部力量”，即可实现材料力学特性的动态调控，这种“可编程材料”的理念，为多个高科技领域带来了颠覆性思路。值得关注的是，这一技术突破了一般材料要依赖化学组分才能优化性能的传统，转而通过几何构型和磁相互作用来实现功能重构，开创了一种全新的材料设计范式。这不仅降低了新材料开发的成本和复杂性，也为实时、远程调控材料性能提供了可能，更有望成为下一代柔性电子、可穿戴设备及智能结构系统的重要基础。