一张有六个四方形的扁平塑料被扔进水里后,发生了奇特的现象——在每个小方块的折叠边上发出了折叠的声音,很快,六个面自动就位,组合成一个塑料骰子。将一根笔直的塑料带子放进水里,很快能组成三个字母:MIT(美国“马萨诸塞州技术研究所”的缩写)。在这个研究所里聚集着各种学科的精英:建筑师、生物学家、化学家、信息专家、物理学家……他们成立了自变形研究小组,研究的最终目标是在生物学、材料学、机器人学、交通事业、宇宙学、市政建设等众多领域掀起一场彻底革命。
在生活中,到处可以实现自变形和自装配,首先是自来水管可以实现自敷设、自修理、管径自动改变;椅子、梯子都可以自装配。买回来的家具也许是一批主材料和一包配件,配件会自变形,通过连接件(或粘接剂)与主材料自动组合成一件家具。
未来建高楼,也许建筑材料都会自变形,所有部件和组件都会自装配;一部通往太空的电梯(升降机)完全能自动边组装边自己伸向天穹。人的体内在需要时,也可以进行自生长、自疗、自移植、自再生。
自变形和自装配的重要意义在于极端条件下的自动操作,比如在太空或深海区域。这一技术雏形是会执行安装任务的机器人,科学家们为它们配置了马达、微芯片和软件。后来发展为利用部件内的电子系统和磁体,用引力来完成正确的变形和装配工作。接着又产生了不用软件的技术,采用具有专门几何图形的部件,利用存在于材料和周围环境中的负能量,让部件自己完成变形,比如使部件在温度、湿度、运动、压力或重力等因素影响下完成自组装。同时采用变化着的设备状态(如高温下成为液态、低温下发生时效硬化)以及“唯一几何形状”,确保只能用唯一的方法组装起来,绝对不会出错。
科学家们正在研究将各种个性化小部件放入一个特殊成形容器,容器按精确的设计进行转动,最后通过磁体让所有部件准确定位、“咔嚓”锁定,设备装配完毕。
智能材料和4D打印技术将大大促进自变形和自装配工艺——变形密码和组装密码藏在智能材料或人的遗传特征中。先让一台普通3D打印机“吐出”会自变形的智能材料,比如自变形管材,它们能借助水下的“浪能”自动组装成水下管道。“4D打印”中的第四维,在这里指时间,打印产品其实还不是成品;如果只输送较少量的天然气,则管道的断面会自动减小,管内压力便升高,以这种方式节省泵组的耗能和运行成本,而且管道能自修理,体现出名副其实的4D打印材料性能。还有,建成的高楼在发生地震时,能灵活地使其基础和承重部分经得住震动,所需之动力和能量从地震中获得。
医学专家同样抱着极大希望,比如需移植的人造器官可以最小体积送入体内,到了目的地后再精确地按解剖学成形。但愿颠覆性技术革命能为人类带来更多正能量。