- 麻省理工學院研發的雙分支電路技術可改變物件形狀而不損失電導性。
- 該技術可應用於互動式康復工具和自適應機器人夾持器等領域。
- 柔性導電材料使模塊在變形中保持無線電連接，提升感知能力。
- 雙分支電路技術在多個行業中解鎖了廣泛的應用可能性。
麻省理工學院（MIT）研發出一種創新系統，能讓實體物件輕鬆改變形狀。這種名為「雙分支電路」（bifur-circuits）的技術，利用 3D 列印的模組化超材料建構塊，無論如何彎曲、扭轉或重組，均能保持持續的電導性。傳統的超材料通常僅能維持幾種固定形狀，而 MIT 的新模組系統則允許單一物件在不損失電力或信號的情況下，快速切換至數十種穩定配置。該技術經過超過 10,000 次的壓縮測試，並未出現電導性損失，已成功應用於互動產品如遊戲控制器。
潛在用途與應用
其潛在用途包括互動式康復工具、自適應軟性機器人夾持器，以及能夠自動應對災後環境變化的可重構緊急避難所。
「超材料能使複雜的機械組件易於製造，只需使用重複單元。我們的工作擴展了這一設計空間。如果我們將機械超材料視為建築塊，那麼我們的工作就是一種利用其幾何形狀將內在智慧嵌入硬體的方式，這可能會開啟許多可能性。」機械工程研究生及主要作者 Marwa AlAlawi 如是表示。
此項技術依賴於物理學中的一個特性，稱為機械雙分支（mechanical bifurcation），即結構行為在物理臨界點過後的突然變化。機械雙分支大幅擴展了結構的可重構性，僅添加一個額外單元即可創造無數新的空間組合。通過在關鍵樞紐點嵌入柔性導電材料，這一過程使得組件在旋轉時能夠相互連接。每一次運動都會在相鄰的塊之間創建一個獨特的電路，改變形狀，甚至自動追蹤其自身的變化。
技術挑戰與解決方案
集成的柔性導電材料使得這些模塊在每次變形中能夠維持持續的無線電連接。這一特性使整體結構能夠感知其確切的物理形狀，而無需外部接線或笨重的機械傳感器。研究人員展示了這些感應超材料的實際潛力，通過使用動態、形狀變化的物體進行測試，例如一張可以轉換為儲物桌的椅子，或在傳輸其即時配置至顯示器的同時進行摺疊。
「導電材料是我們在設計過程中必須克服的約束，它決定了塊之間的感應如何進行。」AlAlawi 表示。在最上方的排列中，有兩種類型的連接塊，用於連接單元，內部配有導電材料。
將電流整合進可移動、彎曲的塑料中是相當棘手的。柔性導體在壓力下常常會斷裂，但麻省理工學院的團隊通過將自定義軟件與多材料 3D 列印相結合來克服這一問題。這些模塊使用多材料 3D 列印機和自定義 CAD 模擬工具製造而成。雙分支電路的耐用性已透過 10,000 次壓縮測試證明，沒有任何電連接的損失。電流通過模塊本身的幾何形狀流動。
「雙分支電路是朝著發展具有集成功能的機械建築塊邁出的一步。基於這項工作進一步發展，創造出可支持任何形狀或形式的結構，並且結構穩定且可驅動，將是相當有趣的。」AlAlawi 指出。這項技術在多個行業中解鎖了廣泛的現實應用。例子包括能隨模式變化而更新連接顯示器的互動智能傢俱，以及可重構的機器人夾持器和能動態改變形狀以調整頻率的固態天線。
雙分支電路技術的未來應用潛力
雙分支電路技術的發展標誌著智能設備設計的一個重要突破。這項技術不僅能夠提升物件的靈活性，還能在不依賴外部電源的情況下，實現持續的電導性和感知能力。這對於未來的互動產品和自適應系統具有深遠的影響，尤其是在康復醫療和智能家具等領域。隨著技術的成熟，未來可能會出現更多創新應用，進一步推動智能設備的普及和實用性。