可重编程材料实现选择性自组装

科技日报北京10月23日电 （记者张梦然）创建自动化结构或机器的过程至今仍是自上而下的，需要人工、工厂或机器人进行组装和制造。然而，大自然组装的方式普遍是自下而上的。美国麻省理工学院计算机科学与人工智能实验室研究人员引入了可涂覆于机器人立方体的磁性可重编程材料，让它们自行组装。过程的关键是使这些磁性编程对它们连接的对象具有高度选择性，从而自组装成特定的形状。

研究人员使用的柔性磁材料涂层来自廉价的冰箱磁铁，赋予每个立方体的每个表面都带有磁性特征。签名确保每个面在平移和旋转中都选择性地吸引所有其他立方体中的另一个面。

所有立方体都能以非常精细的分辨率进行磁性编程。一旦它们被扔进水箱（演示中使用了8个立方体），完全随机的干扰，它们就会相互碰撞。如果遇到错误的伴侣，它们会放弃；但如果找到合适的伴侣，他们会“依恋”。

这就好比一套家具部件，需要将它们组装成一把椅子。传统上，需要一组指令来手动将零件组装到椅子上（一种自上而下的方法），但使用研究人员的方法，这些相同的零件一旦被磁性编程，只需使用一个使它们发生碰撞的随机干扰，就会选择性地自组装。

研究人员称，这项工作在自组装特定结构的分辨率、成本和功效方面向前迈进了一步。以前的自组装工作通常要求单个零件在几何上不相似，就像拼图一样，这需要对所有零件进行单独制造。但是，使用磁性程序，可批量制造同质零件并对其进行编程以获得特定的目标结构，重要的是，对它们进行重新编程可在以后获得新的形状，而不必重新制造零件。

使用该团队的磁性绘图机，可将一个立方体插回绘图仪并重新编程。每次绘图仪接触材料时，它都会在立方体的柔性磁涂层上创建一个“北”或“南”方向的磁性像素，让立方体在需要时重新用于组装新的目标形状。在绘图之前，搜索算法会检查每个签名与所有先前编程的签名的相互兼容性，以确保它们具有足够的选择性以成功自组装。

【总编辑圈点】

我们习惯的装配方式是什么？即便你拿到的是一堆家具零件，它也是通过先确定整个产品的布局，再按顺序设计每个部件的方法制造出来的。换句话说，得先有整体桌子的设计，才能有桌子腿。这就是自上而下，一种从过去到现在一直存在的方法。但文中的例子很有意思，零散的组件会自己去找位置和部件，拼装成“最合适”的样子。这一场景在我们眼中可能很科幻，实际上却符合了大自然自下而上的方式，就像是两种注定要结合的蛋白质一样。这种结合迄今仍是个谜团，但交给新的组装方式，或能让科学家一窥其门径。