馬薩諸塞大學阿默斯特分校的一個研究小組最近在《美國國家科學院院刊》上宣布，他們已經設計出一種新的類似橡膠的固體物質，它具有令人驚訝的品質，可以吸收和釋放非常大量的能量，不僅如此，它還是可編程的。
嵌入磁鐵的彈性材料，其兩極分別以紅色和藍色標示。將磁鐵放在不同的方向上會改變超材料的反應。
綜合來看，這種新材料在一系列非常廣泛的應用中有着巨大的前景，從使機器人在不使用額外能量的情況下擁有更多的動力，到可以更快地消散能量的新頭盔和防護材料。
“想象一下一個橡皮筋，”阿默斯特大學聚合物科學和工程教授、該論文的資深作者Alfred Crosby說。”你把它拉回來，當你放開它的時候，它就會飛過房間。現在想象一個超級橡皮筋。當你把它拉過某個點時，你激活了儲存在材料中的額外能量。當你放開這根橡皮筋時，它可以飛出很遠。”
這種假設的橡皮筋是由一種新的超材料製成的–一種被設計成具有自然發生的材料中所沒有的特性的物質–它將一種有彈性的、類似橡膠的物質與嵌入其中的微小磁鐵結合在一起。這種新的”彈性磁性”材料利用了一種被稱為相移的物理特性，極大地放大了該材料所能釋放或吸收的能量。
當一種材料從一種狀態移動到另一種狀態時就會發生相移：我們可以想象一下水變成蒸汽或液體混凝土硬化成人行道。每當一種材料發生相位轉移時，能量就會被釋放或吸收。而且，相變並不僅僅局限於液態、固態和氣態之間的變化–相變可以從一個固相發生到另一個固相。釋放能量的相變可以作為一種動力源加以利用，但獲得足夠的能量一直是困難的部分。
Crosby說：”為了放大能量的釋放或吸收，你必須在分子或甚至原子層面上設計一個新的結構。然而，這是很有挑戰性的，甚至更難以可預測的方式進行。但通過使用超材料，我們已經克服了這些挑戰，不僅製造了新材料，而且還開發了設計算法，使這些材料能夠被編程為特定的反應，使其具有可預測性。”
該團隊從自然界中看到的一些閃電般的反應中獲得了靈感：例如捕蠅草的快速關閉所用的時間讓飛蟲根本沒有時間逃脫。論文的主要作者Liang Xudong說：”我們已經把它帶到了一個新的水平，”他目前是中國深圳哈爾濱工業大學（HITSZ）的教授，在UMass Amherst做博士后時完成了這項研究。”通過在彈性材料中嵌入微小的磁鐵，我們可以控制這種超材料的相變。而且，由於相位轉換是可預測和可重複的，我們可以設計超材料，使其準確地做我們想要做的事情：要麼吸收巨大衝擊的能量，要麼釋放大量的能量進行爆發性的運動。”