该发明是一种超材料，这是一种经过工程设计的材料，具有依赖于材料物理结构而不是化学成分的新奇特性。在这种情况下，研究人员使用简单塑料和定制磁性复合材料的组合构建了他们的超材料。通过使用磁场，研究人员改变了超材料的结构，使其在不同方向上扩展、移动和变形，所有这些都是远程进行而不接触超材料。
在一项让人想起《变形金刚》电影系列的实验中，普林斯顿大学的工程师们创造了一种材料，它可以扩展、改变形状、移动并遵循电磁命令，像一个遥控机器人，尽管它缺乏任何电机或内部齿轮。
“你可以在材料和机器人之间转变，并且它可以通过外部磁场进行控制，”研究人员、普林斯顿大学工程学院的玛格丽塔·恩曼·奥古斯丁教授格劳西奥·保利诺说。
在4月23日发表在《自然》杂志上的一篇文章中，研究人员描述了他们如何从折纸艺术中获得灵感，创造一种模糊机器人和材料之间界限的结构。该发明是一种超材料，这是一种经过工程设计的材料，具有依赖于材料物理结构而不是化学成分的新奇特性。在这种情况下，研究人员使用简单塑料和定制磁性复合材料的组合构建了他们的超材料。通过使用磁场，研究人员改变了超材料的结构，使其在不同方向上扩展、移动和变形，所有这些都是远程进行而不接触超材料。
团队称他们的创造为“变形机器人”——一种可以改变形状和移动的超材料。
“电磁场同时携带能量和信号。每种行为都非常简单，但当你把它们结合在一起时，行为可能非常复杂，”论文作者、普林斯顿大学电气和计算机工程以及安德林格能源与环境中心的副教授陈敏杰说。“这项研究通过展示扭矩可以在远处瞬时精确地传递，触发复杂的机器人运动，推动了电力电子的边界。”
变形机器人是许多可重新配置单元格的模块化集合，这些单元格是彼此的镜像。这种称为手性（chirality）的镜像，使复杂行为成为可能。保利诺实验室的博士后研究员赵拓说，变形机器人可以在简单的推动下进行大幅度的扭转、收缩和缩小。
材料和机器人方面的专家、未参与本次研究的赵轩赫表示，“这项工作为折纸设计和应用开辟了一个新的令人振奋的方向。”
“目前的工作通过控制模块的组合和手性状态实现了极其多功能的机械超材料，”来自麻省理工学院的赵说，他是安卡斯与海伦·惠特克教授。“模块化、手性的折纸超材料的多功能性和潜在功能确实令人印象深刻。”
意大利特伦托大学的固体与结构力学教授达维德·比戈尼称该工作具有开创性，表示它可能在多个领域引发范式转变，包括软机器人、航空航天工程、能量吸收和自发热调节。
在探索该技术的机器人应用时，论文作者赵拓在普林斯顿材料研究所使用激光光刻机创建了一个高度为100微米的变形机器人原型（比人类头发稍厚）。研究人员表示，类似的机器人有一天可以将药物送往身体的特定部位，或帮助外科医生修复受损的骨骼或组织。
研究人员还利用超材料制造了一种热调节器，通过在吸热的黑色表面和反光表面之间转换工作。在一次实验中，研究人员将超材料暴露在明亮的阳光下，并能够将表面温度从27摄氏度（80华氏度）调节到70度（158华氏度）再回到原来的温度。
另一种潜在用途在于应用于天线、透镜和处理光波长的设备。
几何形状是这种新材料的关键。研究人员构建了塑料管，支撑架的排列使得当受压时，管子会扭转，而在扭转时又会压缩。在折纸中，这些管被称为克雷斯林图案（Kresling Patterns）。研究人员通过将两个镜像克雷斯林管连接在基部，创造出他们设计的构建块，从而形成一个长圆柱体。结果，该圆柱体的一端在向一个方向扭转时折叠，而另一端在向相反方向扭转时折叠。
这种简单的可重复管模式，使得能够使用精准工程化的磁场独立移动管的每个部分。磁场使克雷斯林管扭转、坍缩或弹开，创造出复杂的行为。
保利诺表示，手性的一个结果——镜像部分——是材料可以违背物理对象中的典型作用与反应规律。“通常，如果我顺时针扭转橡胶梁然后逆时针，它会返回到起点。”保利诺说。该团队创建了一个简单的变形机器人，它在顺时针扭转时坍缩，然后在逆时针扭转时重新打开——这是一种正常行为。然而，如果按相反顺序扭转——逆时针然后顺时针——同样的设备会首先坍缩，然后更进一步坍缩。
保利诺说，这种不对称行为模拟了一种称为滞后（hysteresis）的现象，其中系统对刺激的响应依赖于系统内变化的历史。这类系统存在于工程、物理和经济学中，数学建模非常困难。保利诺表示，超材料提供了一种直接模拟这些系统的方法。
这种新材料的更远期应用将是设计物理结构，模拟用计算机中的晶体管制造的逻辑门的性能。
“这为我们提供了一种物理方法来模拟复杂行为，例如非交换态。”保利诺说。
该研究是普林斯顿大学的共同努力。保利诺的土木工程实验室的博士后研究员邓向鑫为超材料变形分析准备了模拟和模型，研究生科斯坦丁诺斯·马诺斯在陈的电气工程实验室和保利诺的实验室共同指导下，负责构建磁驱动硬件，博士后研究员张士希从保利诺的实验室进行实验，并与教授尤提尔莫伊·曼达尔的光学与热设计实验室合作设计和构建热调节器。
