超材料是一个几乎神奇的材料种类，可以做似乎不可能的事，但它们一次只能执行一个“奇迹”。现在，哈佛研究人员已经提出了一种用于构建从一种形状和功能流向另一种形状和折射的超材料工具包。

超材料自从20世纪40年代以来就一直存在，但只是近几年才发展起来。与常规物质不同，超材料具有独立的功能和性质。它们的重复微观结构允许他们做似乎不可能的事情，当结构收缩而不是膨胀时，像弯曲的扁平透镜结构。加热后，甚至像隐形斗篷。

除此之外，超材料依赖的子结构是非常具体的，所以每个超材料一次只能做一件事。去年，哈佛研究人员展示了一种克服这种限制的方法，使用由薄聚合物片制成的可重构超材料。现在，来自哈佛大学约翰·鲍尔森工程与应用科学学院（SEAS）和哈佛大学生物灵感工程怀斯研究所的一个团队开发了一个更通用的框架，帮助工程师创建可以改变形状和功能的超材料。

“在可重构超材料方面，设计空间非常大，所以挑战在于想出最佳的策略来探索它，”John L.Leb自然科学SEAS副教授Katia Bertoldi说。“通过与设计师和数学家的合作，我们找到了一种方法推广这些规则，并快速生成许多有趣的设计。”

从简单的形状（例如挤出的立方体）开始，团队开发了计算机模型，允许他们创建和评估几乎一百万个设计，并选择具有所需功能的设计。使用这个工具包，哈佛团队能够创建具有复杂几何形状的可重构薄壁结构。这些设计也是与尺度无关的，意味着它们可以应用于米尺上的事物，例如变换太阳能电池板；到纳米尺度，如可重新配置的超材料。

通过计算机模型，团队使用激光切割纸板、双面胶带和多材料3D打印机构建工作原型。结果是超材料可以沿着边缘折叠以改变3D模型形状，就像折纸一样。

“现在我们已经解决了设计形式化的问题，我们可以开始考虑以更小规模制造和重新配置这些超材料的新方法，”Wyss Weaver研究所高级研究科学家James Weaver说。

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