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能变身的不只是变形金刚，还有这种超材料高分子教研室还记得《变形金刚》里随时可以变身的机器人吗？大黄蜂、擎天柱们伸缩自如的变形让我们依然记忆犹新。科幻固然炫酷，实现起来或许并不那么遥远。这不，材料科学家们最近就发明了材料版的“变形金刚”。折纸游戏引发的脑力风暴上图展示的是发表在《NatureCommunications》上一种最新的超材料。超材料是一个较大的概念，指的是一些具有人工设计的结构并呈现出天然材料所不具备的超常物理性质的复合材材料，超材料的设计思想是新颖的，这一思想的基础是通过在多种物理结构上的设计来突破某些表观自然规律的限制，从而获得超常的材料功能。这项工作的研究者是来自哈佛大学的KatiaBertoldi团队。启迪他们的，是我们孩童时代天天玩的游戏——折纸游戏。不过，这种看起来比我们叠叠纸飞机高端许多的折纸游戏是来自于HeinzStrobl——这位老兄用这种很新鲜的折纸方式来教导刚入职的数学老师制作一些复杂几何体，以用于几何教学中。HeinzStrobl甚至办了一个网站（网址http://www.knotology.eu/PPP-Jena2010e/start.html）来传授这项小发明。（左图:HeinzStrobl发明的折纸术中使用的基本元件，由纸条折叠而成；右图：基本元件经过合理组合形成的复杂多面体）KatiaBertoldi团队在HeinzStrobl折纸术上进行了进一步升华：把纸片如果换成硬塑料片的话，通过合理设计多面体的形状，那些折纸玩具就变身成了可软可硬的神奇材料：（左边多面体：施加握力后无形变；右边多面体：施加外力后可变形，并且可以折叠）玩转几何学KatiaBertoldi在这篇大作中阐述了很多玩法，不过，再复杂的也要通过简单的开始做起。他们先是设计了一个简单的“空间十字”结构（下图红框内的几何体）。这个结构是一个36条边连接的24面体，而细细分析，可以看成是以中心六面体每个面的垂直向量为方向、边长为伸展尺寸而构造出的互连立方体，而其中最重要的几何参数就是中心几何体任意两边之间的夹角γ1，γ2与γ3。由于几何学上的限制关系，这三者取值是不能是任意的，如果将三者的取值构建成一个直角坐标系，其取值只能处于一个四面体内（上图b）。（通过计算机的模拟，可以非常方便地观察到，随着这三个角度的变化，原始的“空间十字”结构也在发生着不同方式的折叠与变形。）当处于一些直角或者零角度的时候，这个结构便有如下四种变化：除了手动让材料“变身”，它也能被赋予驱动功能——在折叶部位加上一个小型充放气的气囊，在充放气下，折叶部位产生力矩，形变同样会发生：惊叹之余有人会问：除了玩玩，还有什么用处吗？即使依然是概念展示，但是这种设计理念不受其尺寸限制，它可以设计成横跨微米至米级尺寸的任意可变形超

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