MIT 团队造出可变形智能积木：形变不断电

MIT 的一支研究团队把乐高式拼接和变形金刚式形变结合起来，做出了可 3D 打印的“bifur-circuit（分叉电路）”智能模块。它们能像积木一样连接，又能在压缩、拉伸、旋转、弯曲时切换成多种形态，同时不打断维持功能工作的电路连接。

 

这些可重构模块能压缩、拉伸、旋转或弯曲，为设计交互设备提供多种组合方式。图片：MIT

形变不只是玩具

形变能力在设计中很有价值：它既能适配不同场景下的几何形状，也能让夹爪在抓取物体时保留足够力量而不至于压坏目标，还被设想用于灾后现场和地外栖息地等环境。

MIT 团队展示的原型包括能变成桌子的椅子，也能折叠收纳；家具还能检测自身当前形态，并通过屏幕把相关信息反馈给用户。这类家具并非单纯的智能玩具，研究人员认为它可用于术后或事故恢复期间的姿势调整与康复辅助，也能部分重构为软体机器人夹爪，或在灾区充当可动态调整的庇护结构。

团队还做了一个会“变形”的游戏手柄：用户把它折成不同形状后，手柄会启动不同的电子游戏。

分叉几何如何保持连通

在发表于 Human Computer Interaction Engineering 的论文中，第一作者 Marwa AlAlawi 与 MIT、密歇根大学和东京大学的研究者探讨了这种模块如何在多次重构后仍无需外部导线即可保持电气连接。它们属于可编程机械超材料，由简单的“基础单元”构成，可进行近乎无穷的组合。研究团队称其为拉胀（auxetic）结构，因为它在被拉伸时不会变薄，反而会变宽。

AlAlawi 是 MIT 机械工程研究生。她说：“机械超材料能通过重复单元让复杂机械组件更容易制造。我们的工作是利用它们的几何结构，把内在智能嵌入硬件，这可能打开许多可能性。”

此前，AlAlawi 和同事曾用拉胀超材料制作可变形天线。该设计有三种可选形状，能在不同频率范围内切换，而不需要复杂的运动部件。但仅有三种形状限制太大，团队因此发展出分叉电路，支持大量新的连接、旋转、扭转和压缩方式。每一次形态变化都会形成独特电路，模块之间可以互相通信，从而判断整体形状。

由于分叉电路由拼接模块组成，而不是连续、刚性的整体结构，每个单元都能维持电气连接。当单元旋转或枢转时，整体形态也能避免在弯曲过程中突然断裂。AlAlawi 表示，这种“分叉”让他们显著扩展了可重构空间：“仅仅增加一个额外单元，就能在同一结构上带来多得多的组合。”

 

上排是两种连接模块，它们内部以导电材料布线，使相邻单元连接时激活独特电路。图片：MIT

材料、测试与软件

什么样的材料既能反复大幅弯曲，又能保持良好的导电性？团队使用了名为 Filaflex 92A 的材料。AlAlawi 说：“导电材料是设计过程中必须绕开的限制，它也决定了模块之间的传感方式。”在测试中，MIT 的设计经受住了 10,000 次压缩，电气连接没有损失。

团队还开发了易用的构造与仿真软件，可配合多材料 3D 打印机使用，让设计者通过一次打印生成新的分叉电路。

AlAlawi 表示：“分叉电路是迈向开发带集成智能的机械积木的一步。在这项工作基础上继续前进会很有意思，做出这样的积木：让我们能创建任意形态或形状的结构，并且结构稳定、可被驱动。”她说，这类结构将带来更多交互性和更广的超材料配置范围。

论文的共同资深作者还包括 MIT 电气工程与计算机科学（EECS）研究生 Ticha Sethapakdi，以及 MIT EECS 副教授、机械工程负责人 Stefanie Mueller。Mueller 也是计算机科学与人工智能实验室（CSAIL）人机交互组主任。

来源：MIT，论文页面：Bifur-circuits