主动组装成“最合适”的状态 以及可重编程材料的选择性自组装
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只要一个随机扰动为立方体提供能量，它们就会选择性地自组装成一个更大的块。图片：在麻省理工学院创建自动化结构或机器的过程仍然是自上而下的，需要人工、工厂或机器人组装和制造。然而，自然界的组装方式一般是自下而上的。麻省理工学院计算机科学和人工智能实验室的研究人员推出了磁性可重编程材料，这种材料可以涂在机器人立方体上，使它们能够自我组装。该过程的关键是使这些磁性程序对它们所连接的物体具有高度选择性，从而自我组装成特定的形状。研究人员使用的柔性磁性材料涂层来自廉价的冰箱磁铁，它赋予每个立方体的每个表面以磁性特征。确保每个面在平移和旋转时选择性地吸引所有其他立方体中的另一个面。所有的立方体都可以用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)，它们就会以完全随机的干涉相互碰撞。如果他们遇到了错误的伴侣，他们就会放弃；但如果他们找到了合适的伴侣，他们就会“依恋”了。这就像一套家具零件，需要组装成一把椅子。传统上，需要一套指令来手动将零件组装到椅子上(自上而下的方法)，但使用研究人员的方法，一旦这些相同的零件被磁性编程，它们将仅通过使用导致它们碰撞的随机干扰来选择性地自我组装。研究人员表示，这项工作在分辨率、成本和自组装特定结构的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形状上不相似，就像拼图一样，需要单独制造所有零件。然而，通过使用磁性程序，可以批量制造同质部件，并对其进行编程以获得特定的目标结构。重要的是，重新编程它们可以在未来获得新的形状，而不必重新制造零件。使用该小组的磁性绘图仪，一个立方体可以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性涂层上创建一个“北”或“南”取向的磁性像素，以便立方体在需要时可以重复使用来组装新的目标形状。在绘制之前，搜索算法将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来成功地自组装。主编圈我们习惯的组装方式是什么？即使拿到一堆家具零件，也是先确定整个产品的布局，再依次设计各个部分而成的。换句话说，你得先设计好整张桌子，才能有腿。这就是自上而下，一种从古至今一直存在的方法。但是本文中的例子非常有趣。零散的组件会找到自己的位置和组件，组装成“最合适”的样子。这一幕在我们眼里可能很科幻，但其实符合自然界自下而上的方式，就像两个注定要结合的蛋白质。这种组合至今仍是一个谜，但如果赋予一种新的组装方法，它可能会让科学家们一窥其门径。
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