3D打印超材料，未來(lái)幫你制作隱身衣

人們對(duì)于3D打印材料的探索和研究真的是在不斷的擴(kuò)充和深入，材料種類越多，3D打印可以應(yīng)用的領(lǐng)域就越廣，如今國(guó)外專家首次提出3D打印超材料可以用于隱身衣的制作，讓南極熊小編為之震驚。

想擁有一件哈利·波特小說(shuō)中的隱身斗篷么，科學(xué)家說(shuō)沒(méi)問(wèn)題。在昨天上�？茀f(xié)大講壇舉辦的“3D打印與超材料智造”上，美國(guó)亞利桑那大學(xué)電氣與計(jì)算機(jī)工程系辛皓教授表示，可以通過(guò)人為控制電磁波折射率的手段，讓衣服“隱形”�！拔蚁嘈庞猩�之年能夠做出這樣的衣服。”辛皓說(shuō)。今年的他正當(dāng)年富力強(qiáng)，不久前他的團(tuán)隊(duì)更是取得了一項(xiàng)突破——第一次從理論上解決了制作隱形衣材料的損耗和增益問(wèn)題。

　　負(fù)折射讓隱身不再是科幻

　　想象一根稻草插在一杯水里，在正常折射率條件下，你觀察到的水下面的稻草會(huì)彎曲，如果這杯水具有負(fù)折射的特性，你看到的稻草就會(huì)消失不見(jiàn)，這一原理是制作隱身衣的基礎(chǔ)。辛皓說(shuō)：“理論上說(shuō)，能夠認(rèn)為設(shè)計(jì)任何折射率的材料，當(dāng)人穿上能夠彎曲他們周圍光的衣服后，身體的一部分自然就隱形了�！�

　　辛皓一直在從事超材料制造方面的研究。所謂超材料，就是擁有自然界并不存在的性能的合成材料，比如彎曲電磁波、聲波和其他類型的波等。與其合作者一起，辛皓發(fā)現(xiàn)了一種使用金屬、塑料和其他物質(zhì)3D打印超材料的方法，使用這種方法打印出來(lái)的超材料具有奇特的“負(fù)折射”的特性，也就是說(shuō)這種材料可以讓光波倒退。

　　辛皓表示，這種超材料比較類似于多孔保齡球和微小銅線電路板，當(dāng)它們以非常精細(xì)的幾何結(jié)構(gòu)組裝時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)負(fù)折射現(xiàn)象，導(dǎo)致周邊能量波出現(xiàn)非自然彎曲，從宏觀上看，這就是人們常說(shuō)的隱形、幻覺(jué)等。

　　解決材料的損耗問(wèn)題

　　其實(shí)，彎曲光線的理論已經(jīng)提出很多年，但為何隱身衣還只是存在于科幻或玄幻小說(shuō)中？辛皓說(shuō)，就目前的技術(shù)條件來(lái)說(shuō)，仍然有一部分光不可避免出現(xiàn)反射，這意味著對(duì)象還無(wú)法做到完全隱身。

　　“有時(shí)候穿著隱身衣反而會(huì)更加突出，比如你會(huì)看到黑乎乎的一塊，這有可能是由于人為設(shè)計(jì)的、符合紅光的折射率不適合藍(lán)光所致�！毙琉┱f(shuō)。

　　想要人人都買得起隱身衣，還要解決的一個(gè)大問(wèn)題是成本�，F(xiàn)在，當(dāng)光波通過(guò)超材料后，材料會(huì)出現(xiàn)衰減，也就是說(shuō)如果新買的衣服穿幾天后就不管用，誰(shuí)還會(huì)掏錢買？這成了超材料面臨的最大問(wèn)題。

　　辛皓團(tuán)隊(duì)設(shè)想了一種補(bǔ)償機(jī)制，將給電池供電的隧道二極管以及微納米制造技術(shù)融入設(shè)計(jì)中，當(dāng)光通過(guò)材料時(shí)，通過(guò)微波強(qiáng)化產(chǎn)生能量增益，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是一邊充電、一邊放電。目前，這種自帶能源供給的超材料已經(jīng)通過(guò)理論上的驗(yàn)證。

　　這一成果一經(jīng)發(fā)表，就引起廣泛關(guān)注，不難想象，如果能解決超材料的“能量困境”，就能為人類社會(huì)帶來(lái)許多新突破。比如將隱形衣“披”在飛機(jī)上，那么無(wú)論視覺(jué)還是雷達(dá)都無(wú)法發(fā)現(xiàn)它的存在；如果用于顯微鏡上，那么將突破光學(xué)的衍射極限，人們可以看到最微小、最精確的細(xì)節(jié)，比如單個(gè)蛋白質(zhì)和病毒。

　　除了隱身，超材料還將帶給人類社會(huì)翻天覆地的變化，比如彎曲水波或地震波。據(jù)悉，基于這一理論，法國(guó)正在研制一種地震波超材料來(lái)保護(hù)他們的醫(yī)院、核電站等重要設(shè)施，當(dāng)?shù)卣鸩ㄅc材料“相遇”時(shí)會(huì)自動(dòng)“繞行”，保護(hù)重要設(shè)施不受損害。

　　3D打印將顛覆設(shè)計(jì)思維

　　辛皓相信，隱身衣一定能夠制作出來(lái)，而制作的方式，很可能是3D打印�！�3D打印與超材料是完美搭配�！彼�說(shuō)。

　　為何3D打印如此受到新材料制造者的追捧？辛皓指出，任何一個(gè)物體都可以看成是空間分布的各種性質(zhì)，如果我們?cè)谌�維空間中的任意一點(diǎn)都能夠任意放上我們需要的介質(zhì)，理論上就能制造出完全貼合我們需求的產(chǎn)品。在美國(guó)，3D打印已經(jīng)引起一場(chǎng)制造界的地震，不過(guò)在中國(guó)，辛皓認(rèn)為人們對(duì)3D打印的本質(zhì)理解得還不夠透徹。

　　“為什么我們一直使用電路板，因?yàn)槎�維東西最容易設(shè)計(jì)，我們現(xiàn)處的電子世界就是從二維的電路板慢慢發(fā)展起來(lái)的�！毙琉┱f(shuō)，“不過(guò)既然掌握了三維手段，我們?yōu)楹尾荒茉谥圃鞎r(shí)直接從3D開(kāi)始？”他舉例說(shuō)，比如在人骨中添加一塊通訊材料，以便讓人體與設(shè)備保持關(guān)聯(lián)；又或者讓飛機(jī)翅膀本身成為一根天線，有3D打印幫助，這些“異想”并不遙遠(yuǎn)。

　　超材料和3D打印會(huì)永遠(yuǎn)改變?nèi)藗兊纳�活，要�?shí)現(xiàn)它，我們還需更多顛覆性思維。