具有“时间晶体”特征的机电超材料制成

英国伯明翰大学等机构科学家成功研制出一种具有“时间晶体”特征的机电超材料。起初各自振动的单元，能逐渐找到共同的节奏，最终带动整个材料整齐地周期性运动。这一成果为机器人摆脱对中央控制器的依赖提供了新思路，有望开发出能自主协调动作、灵活改变形态的仿生机器人。相关成果发表于《自然》杂志。

二维主动超材料中波粗化的动画示例。

图片来源：阿姆斯特丹大学物理研究所

时间晶体是一种特殊的物质状态，其组成部分能够持续进行有规律的周期性运动。此次研究中，研究团队让机器人单元呈现出类似的运动特征。

团队首先制造了一种由37个主动单元组成的二维蜂窝状材料。材料由弹性结构、传感器、电子元件和执行器组成，各个单元既能产生运动，也能对相邻单元作出响应。当材料受到的作用使其超过稳定性阈值后，各个单元开始以约30赫兹的频率自发振荡。随着时间推移，原本分散的振动逐渐汇聚，最终整个材料开始集体运动。

团队将这一过程称为“波粗化”。实验中，材料最初出现的是波长较短的振动，随后，波长更长的振动逐渐占据主导地位，振动周期和振幅也随之增大，最终整个结构进入同步振荡状态。波粗化在机器人学、活性物质和光力学领域都至关重要，这一发现是开发仿生多功能机器人的关键一步。

随后，他们又构建了一个由24个电机驱动单元组成的弹性环。实验初期，环上出现了频率较高的形变模式。随着这些形变模式逐渐融合，整个环最终进入缓慢而协调的周期性运动。

实验结果和理论模型均表明，材料一旦形成协调运动，就能在一定程度上抵御外界干扰，维持稳定的运动节律。

这项研究为机器人设计提供了新思路。团队希望进一步开发能够切换不同运动模式的材料，使同一种机器人结构完成不同的形状变化和运动任务，从而实现更简单、更灵活的多功能机器人。

 （来源：科技日报 记者：张佳欣）