杜克大学机械工程团队近日开发出一种创新的固体建筑模块，其机械性能能够按需进行编程和重编程。这项技术通过控制模块内部微小单元在固态与液态之间的切换，实现了在不改变整体结构外形的情况下，对刚度、阻尼和运动方式的灵活调控。

在概念验证中，研究人员采用了类似乐高积木的立方体设计。每个立方体包含27个内部单元，单元内填充镓铁复合材料，该材料在室温条件下可在固态与液态之间转换。通过对特定单元施加电流产生局部热量，能够精确控制单元的液化模式，从而将预设的机械行为编码到原本刚性的结构中。

早期实验显示，多个立方体可以组装成梁和柱等结构，其弯曲与振动特性完全由内部单元的液化状态决定。同一结构无需重新构建或改变形状，即可展现出从软橡胶到硬塑料的不同力学表现。

研究人员在水环境中进行了演示，将10个立方体组装成直柱，作为机器鱼的可编程尾部。在相同电机驱动下，通过改变内部单元配置，机器鱼能够沿着完全不同的路径游动，这展示了仅通过材料编程即可改变运动模式的能力。

该研究的第一作者、杜克大学博士生白云表示：“我们希望制造出具有生命特征的材料。3D打印技术虽然能够制备特定机械性能的材料，但每次改变都需要重新打印。我们的目标是创造类似人类肌肉的组织，能够实时调整刚度。”与改变形状的材料不同，这套系统保持了几何外形不变，仅调整机械响应。

在二维测试中，研究团队证实薄片材料在维持相同尺寸的同时，能够精确调控刚度和阻尼。这些薄片与商业材料对比测试中，表现出了广泛的性能范围。三维应用中，模块的组装特性提供了更高的灵活性，每个立方体可以像乐高积木一样连接或分离，使工程师能够构建具有高度定制化机械行为的大型系统。

白云补充道：“这让我们能够创建具有多样化机械性能的三维结构。将模块在零摄氏度冷冻可将所有单元重置为固态，从而实现配置的反复重编程。”除了机器人领域，该技术还有望应用于医疗和电子行业。通过调整金属成分，材料的相变温度可以适应人体环境。

未来，微型化版本可能用于血管导航、健康监测，或构成能适应条件变化的智能支架。杜克大学机械工程与材料科学助理教授倪晓月指出：“我们的长期目标是利用复合材料构建更庞大的系统，为机器人技术开发灵活、可编程的材料，使其能够在多种环境中完成不同的任务。”相关研究成果已发表于《科学进展》期刊。