屋子承载着太多的记忆，是童年的欢笑，是成长的挫折，抑或是相伴一生的平淡。但对都市人而言，要享受数十年如一日的窗外街景近乎奢望。据美国洛杉矶一份杂志统计，当地家庭平均每6.5年就要搬家一次。很多时候，我们不得不舍弃满载回忆的温馨小屋。但现在，“通过加热建筑材料可使房屋随意变形，可随身携带”，搬家的概念也将彻底变迁。

  ⊙记者 朱贤佳

  可变材料的研究至少可追溯到上世纪50年代初。由于温度的变化可以促使其外形改变与恢复，科学家形象地称之为形状记忆效应。形状记忆高分子材料种类很多，其中热收缩管和膜是目前工业产量最大、应用领域最广泛的一类，液态金属也是可变材料中最具有突破性的代表之一。或许在不远的未来，除了可折叠携带的“飞屋”，液态机器人根据需要适时变形，穿梭于各种极端环境中抢险救灾，也将成为现实的画面。

  “变形几何”与“折纸艺术”

  还记得感动了无数人的《飞屋环游记》里那个78岁遇到“动迁”的气球销售员卡尔·弗雷德里克森吗？他失去了老伴，再也不能失去屋子，这里有他们共同的回忆。卡尔自小迷恋探险故事 ，当他还是一个孩子，遇到了有着同样梦想的女孩艾丽。然而，老伴的去世让原本不善言的卡尔变得性格怪僻。这时候，卡尔又迎来了政府的重造计划令，正当政府打算将他送到养老院时，他决定“带着他和艾丽的屋子”完成探险的梦想。

  事实上，人类对于住所的眷恋无数次出现在银幕中。《哆啦A梦》里的野比，放学时被锁在屋外冻得瑟瑟发抖，机器猫拿出折叠屋，瞬间变出可以抵御寒冷的壁炉，可以果腹的糕点，甚至还有可以跟家人联系的电话。这种瞬间变大、可随意携带的屋子被机器猫称为——折叠屋。正是这折叠屋给了野比一个临时庇护所。

  近日，几名西班牙建筑系的研究生们发明了一种新型可折叠房屋，取名“变形几何”。这种新型房屋“可折叠”的秘诀就在于采用了一种形状记忆高分子材料。他们造出的房屋与电线连接，可直接加热：当加热温度超过62摄氏度时，材料会变得足够灵活，从而实现整个模型的几何变形。参与研发任务的坦考尔称项目的灵感来自于“折纸艺术”，加热后的面板能向内折，也能向外翻，模型可以随意改变形状。

  可变材料的研究至少可追溯到上世纪50年代初。当时，一些美国科学家发现聚乙烯在高能射线作用下，能产生辐射交联反应，随后又发现辐射交联后的聚乙烯，当温度超过熔点达到高弹态区域时，由于结晶态熔融，对该材料施加外力可以任意改变其外形。若在此时降温冷却到结晶熔点以下，由于它再次结晶，高分子链被“冻结”，形状即被固定下来。一旦温度再次升高到熔点以上，它又可以恢复原来的形状。科学家形象地称之为形状记忆效应。

  形状记忆高分子材料种类很多，其中热收缩管和膜是目前工业产量最大、应用领域最广泛的一类。聚酯类有着良好的电学性能及极好的机械物理性能，所以广泛应用于电器工业的包封材料 。氟塑类材料具备耐高温、耐老化、耐化学腐蚀及优异的电学性能，因而应用领域主要是国防军事工业及尖端工业。液态金属也是可变材料中最具有突破性的代表之一。液态材料的运用令机器人实现快速迭代。一旦付诸使用，液态可变形机器人必然大有可为。

  “记忆”是变形的秘密

  “在此项目中我们想表达‘变形的概念’，这是一个新领域，也是建筑学的新课题。”坦考尔兴奋地说，“项目组试图找到一种特殊材料，这种材料可以从胶状变成固态，在整个房屋中起到结构元素的作用。此前我们从未接触过类似材料，因此这是个巨大的挑战!”

  坦考尔道出了房屋可折叠的秘密。他们采用了一种有记忆的可变材料，打造出可折叠的房屋模型，这个模型与电线相连，当加热温度超过62摄氏度时，材料会变得足够灵活，从而实现整个模型的几何变形。

  不过，目前“变形几何”项目还仅停留在研发阶段。研发人员希望未来它能被广泛应用于展馆、建筑内饰或外墙的设计中，让建筑更适应环境和人类的需求。

  不要以为形状记忆高分子材料就是为了完成让房屋可以携带这样科幻般的课题，在现实生活中，这种材料在诸多领域大有可为：它可用于不同口径的高分子管材接口和铆钉、医疗固定器具、火灾报警器感温装置等。

  在户外运动中，形状记忆高分子做成的便携式容器十分实用，需要时用热水加热使之回复到原状，取出冷却固定后即可使用。高强度的形状记忆高分子还可做汽车的挡板和保险杠等，在汽车发生碰撞之后只需用热风加热即可使变形部分恢复原状。

  据最新消息显示，美国麻省理工学院的研究人员开发出一种表面可改变的材料，可调整外观以减少空气阻力，未来可用于汽车或飞机等交通工具的制造，可有效提升行进速度。借用高尔夫球表面的小凹槽可以减少风阻的原理，麻省理工学院的研究人员研制出这种被称为“智能可变表面”的材料，可即时改变表面形态，以符合空气动力学。

  这项技术也可应用在其他领域。举例来说，2014世界杯足球赛所使用的足球brazuca便使用类似的技术，而有些田径选手会穿着表面有凹槽的运动服，以期减少空气阻力。

  在国内，可变材料研究获得突破。宁波材料所合成一种新型超级形状记忆高分子材料。这种超级回复性的生物基形状记忆聚氨酯材料在应变1000%的条件下，可回复性达到96%，并且在重复拉伸条件下保持优良的形状记忆效果。其最大形变回复性达到960%，远远超过已报道中400%的结果，因此被认定为一种新型的超级形状记忆高分子材料。相关的结果已经发表在英国皇家学会杂志，并已申请保护性专利。

  液态金属将打造“终结者”？

  还记得电影《终结者》中那个可任意变形伪装的液态金属机器人吗？近日，我国科学家一项有关液态金属新物性发现有望让液态金属机器人走入现实生活。

  这项成果出自清华大学、中科院理化技术研究所联合小组的研究。研究表明，电场控制下的液态金属与水的复合体，可在各种形态及运动模式之间发生奇特的转换行为。成果在《先进材料》在线发表后，国内外掀起了热议，业界普遍认为，液态金属的这一特性是构筑可变形智能机器的基本要素，预示着柔性机器人新时代的到来。

  这里用的液态金属不是简单的液态金属，是镓铟合金再加上水按照特定的比例制成的材料。让液态金属随意变形的机制，就在于液态金属与水体交界面上的双电层效应。

  按照研究团队的设想，这一发现从理论和技术的层面论证了实现液态金属机器人的可能性。一系列前期应用——如制造柔性执行器，控制目标流体，传感器的定向运动，金属液体回收，以及用作微流体阀、泵或更多人工机器等，已经可以启动。

  参与研究的中科院理化所研究员刘静想像了一个更具体的应用场景，比如在抗震救灾动中，液态可变形机器人能根据需要适时变形，穿过狭小的通道、门缝乃至散布于建筑物中的空隙，之后再重新恢复原形并继续执行任务。

  当然，最后如何去编程控制，把小的液态金属单元组合成大机器人等各个环节，存在很多需要攻克的技术难题。刘静表示，如果把电子编程看作是神经调控，液态金属看作“细胞”功能执行单元，通过电子芯片进行编程并结合一定的材料技术，就可以让液态金属实现可控的变形和组装集成，并实现传统型刚性和硬质机器人无法做到的无缝连接。

  液态金属的可变性能令其在各个领域都有大显身手的机会。来自麻省理工学院的一组研究人员开发出一种新型全液态金属电池系统，这种系统造价便宜，且使用寿命较长。有业界人士指出，这种新型液态电池将颠覆特斯拉在汽车界引领潮流的模式，未来液态电池汽车可能是更现实的选择。

  特斯拉虽然性能参数看上去不错，但是充电仍然是大问题，即便有地方充电，最短也需要1个小时才能将电充满。

  在今年日内瓦车展上，由列支敦士登能源公司NanoFlowcell公司开发的Quant.e-Sportlimousine概念超跑亮相。Quant.e-Sportlimousine的动力系统采用的就是一种新型液态电解质电池，而特斯拉采用的还是锂电池。这种液态电池采用盐水作为存储能量的介质。盐水会通过两个水箱之间的隔膜形成电荷，电力被储存和分配给超级电容器。它的能量密度比特斯拉的锂电池大5倍，而且电池充电速度更快，同时也更环保。

  已经有科技观察者预言：Quant.e-Sportlimousine未来很可能“终结”特斯拉，成为时尚新宠。

  柔性材料更追求速度

  相较于液态金属材料，柔性材料在工艺上更成熟，但并非没有创新空间。根据报道，国外科学家研究出一种新型屏幕，不仅具备柔性屏幕的特征，而且还支持超清晰的图像显示，并且拥有低功耗、快速响应等特点。

  快速响应对于柔性屏幕至关重要。这项新的显示技术采用的材料仍然主要是一些传统材料，这些材料的一项关键性质是它们可以以两种状态存在：在光、热或电子的作用下，它们就能实现不同状态之间的转换。科学家们将这类材料称作“相变材料”(PCMs)。在电子阅读器kindle上滑动页面有时会让人感觉体验很差，因为它的刷新速度基本只有每秒钟一次左右，而是用PCM材料制作的显示屏，其刷新速度足以支持电影播放。

  PCM显示技术原理基本就很像kindle阅读器采用的那种电子纸张。简单来说，电子纸张采用两层箱变材料叠加，其中色彩较浅，一种则较深，中间再放置一层透明的传导层。在电子纸张技术中，较内层的材料是一种黑色的粘稠油性液体，中间布满微小的白色钛质小球粒。要想显示白色图形，你就让电流通过玻璃下的一块微小区域，让那些小球浮上表面。而如果想要显示黑色图案，你就反方向通过电流，让那些小球再次掉落回去。

  在PCM显示技术中，其较内层的材料是一种硅的一些化学元素近亲：锗，锑和碲。这种材料的两种状态：一种是一类规则态的晶体，另一种则是不规则态的玻璃。为了实现在这两者之间的转换，需要借助电流脉冲去熔化一根柱体，你可以选择使其缓慢熔化，从而得到晶体，你也可以选择快速冷却，从而得到玻璃。这种循环可以非常迅速的进行，每秒钟可以达到100万次。

  同时，柔性材料的另一大趋势是降低成本。在韩国全州举办的2014国际柔性与可打印电子研讨会上，LG研发中心的一名研究员Kim Kyung-min表示，该公司计划使用铜材料和“roll-to-roll”技术，以便降低在制造柔性显示面板时的成本。作为新制程的一部分，LG表示该公司会将当前所使用的铝制导线换成铜线，除了提升面板的解析度，还不会排放出对环境有害的物质。

  在国内，中国制造嫁接韩国技术的步伐不断加大。今年7月，由中国和韩国专家组成的“柔性触屏”尖端技术团队正式落户佛山南海桂城。目前，该项技术只掌握在少数国际电子巨头手上，并且多数还停留在概念产品的阶段。

  据了解，该团队将通过合成制造银纳米粒子和银纳米线，制造出具有高导电性和高透明度的纳米银墨水，并采用电子印刷的方法，印刷制造出新一代柔性可折叠、可弯曲的高敏感性、高透明度触摸屏材料。科学界预计，在不久的将来，随着更多可变材料问世，更多科幻中的场景将成为现实中真正的应用。