哈佛大学John a . Paulson工程与应用科学学院(SEAS)的研究人员开发了一种可编程的元流体，它具有可调的弹性、光学特性、粘度，甚至可以在牛顿流体和非牛顿流体之间转换。

这种首创的超流体使用了一种小的弹性体球体悬浮液(直径在50到500微米之间)，这些球体在压力下会弯曲，从而从根本上改变了流体的特性。从液压致动器到编程机器人，到根据冲击强度耗散能量的智能减震器，再到可以从透明到不透明转换的光学设备，这种元流体可以应用于各种领域。

这项研究发表在《自然》杂志上。

SEAS材料科学与机械工程副研究员、该论文的第一作者Adel Djellouli表示:“我们只是触及了这种新型流体的表面。”“有了这个平台，你可以在很多不同的领域做很多不同的事情。”

超材料是一种人工工程材料，其性能由其结构而非成分决定，多年来已被广泛应用于各种应用领域。但大多数材料——比如由Robert L. Wallace应用物理学教授、海因斯电气工程高级研究员费德里科·卡帕索(Federico Capasso)实验室首创的超透镜——都是固体。

SEAS应用力学教授、该论文的资深作者Katia Bertoldi说:“与固体超材料不同，元流体具有独特的流动能力，可以适应容器的形状。”“我们的目标是创造一种超流体，它不仅具有这些显著的属性，而且还为可编程粘度、可压缩性和光学特性提供了一个平台。”

该研究团队利用SEAS的Mallinckrodt物理学和应用物理学教授David a . Weitz的实验室开发的一种高度可扩展的制造技术，制造了数十万个充满空气的高度可变形的球形胶囊，并将它们悬浮在硅油中。当液体内部的压力增加时，胶囊就会坍塌，形成透镜状的半球体。当压力消失时，胶囊就会弹回球形。

这种转变改变了液体的许多特性，包括粘度和不透明度。这些特性可以通过改变液体中胶囊的数量、厚度和大小来调节。

研究人员通过将元流体装入液压机器人抓取器，并让抓取器抓取一个玻璃瓶、一个鸡蛋和一个蓝莓，证明了这种液体的可编程性。在简单的空气或水驱动的传统液压系统中，机器人将需要某种传感或外部控制来调整其抓地力，并在不压碎它们的情况下拾取所有三个物体。

但有了元流体，就不需要感应了。液体本身会对不同的压力做出反应，改变它的顺应性，以调整抓手的力量，从而能够拿起一个重的瓶子、一个精致的鸡蛋和一个小蓝莓，而不需要额外的编程。

Djellouli说:“我们展示了我们可以用这种液体赋予一个简单的机器人智能。”

该团队还展示了一种流体逻辑门，可以通过改变元流体来重新编程。

当暴露在不断变化的压力下时，这种流体也会改变其光学特性。

当胶囊呈圆形时，它们会散射光线，使液体变得不透明，就像气泡使充气水呈现白色一样。但当施加压力时，胶囊会塌陷，它们就像微透镜一样，聚焦光线，使液体透明。这些光学特性可用于一系列应用，例如根据压力改变颜色的电子墨水。

研究人员还表明，当胶囊呈球形时，元流体的行为就像牛顿流体，这意味着它的粘度只会随着温度的变化而变化。然而，当胶囊坍塌时，悬浮液会变成非牛顿流体，这意味着它的粘度会随着剪切力的变化而变化——剪切力越大，它就越具有流动性。这是第一个在牛顿态和非牛顿态之间转换的元流体。

接下来，研究人员的目标是探索元流体的声学和热力学性质。

Bertoldi说:“这些可扩展的、易于生产的元流体的应用空间是巨大的。

哈佛大学技术发展办公室保护了与这项研究相关的知识产权，并正在探索商业化机会。