一项新研究显示，高频振动可使砖块自组装成更大的三维物体，这一发现或许有朝一日有助于摆脱对工厂装配线的依赖。
这些发现今日发表于期刊 Scientific Reports，标志着可编程自组装领域的一项关键进展。此前人们认为，这种自组装只能通过一维或二维物体实现。
该研究团队由以色列巴伊兰大学纳米技术与先进材料研究所的Ido Bachelet博士领导，他们在一项设计中使用了计算几何算法库（CGAL）中的一种算法，使18块四面体砖块能够自组装成一个更大的三维圆柱体。
该视频展示了组装过程中的砖块。图片来源：Adar Hacohen
整体物体组装。图片来源：Adar Hacohen
“组装规则由印在砖块表面的地形线索编码，砖块之间的吸引力则由嵌入的磁铁提供，”研究人员在论文中写道。“随后，砖块可以在容器中混合并搅动，从而以高成品率和零错误率得到正确组装的物体。
“受我们系统启发的改进设计，可能推动宏观尺度自组装的成功实现，使物体能够按需快速制造，而无需装配线。”
自然界中的自组装
生命能够自组装，这一点至今仍令科学家困惑：蛋白质、病毒、活细胞和多细胞生物，都是部件通过相互吸引结合成结构或图案的系统范例。
澳大利亚国立大学研究工程师Hamza Bendemra未参与该研究，他表示，这项关于3D打印组装体的研究非常出色。
“该算法受到DNA分子组装的启发，”他说。但他补充道，仍需开展更多研究，以应对时间、空间和安全方面的挑战，使该模型在形成并保持结合状态方面更加高效。
“在该研究中，两块砖的组装用时不到一分钟即可完成自组装。然而，由18个部件组成的组装体完成同样的过程却需要两个多小时。”
“这些部件承受高强度振动，并会一次又一次地碰撞，直到以正确的组合方式契合。若要用强度较低、抗冲击性较差的材料实施此类方法而不造成损坏，将是一项挑战。”
建筑的未来？
墨尔本大学研究计算服务负责人Bernard Meade表示，虽然目前的初步研究仅限于制造小型物体，但未来结合嵌入式电子元件等其他技术的演示，可能使较大设备的快速建造成为可能。
“例如，订购一部配有特定组件的智能手机，由机器自动组装，并覆以保护性涂层进行收缩包装，可能只需几分钟——而且不再需要预先制造数千部手机。未来或许可以实现家具规模的生产——想象一下平板包装的宜家家具——但我认为要做到房屋大小的物体会很困难。”
将这项研究应用于建筑和制造业的下一步，是同时利用磁力和粘合剂，确保组装体保持稳固。
Bendemra对此表示同意，并称：“研究人员在添加地形线索方面做得非常出色，确保只有独特的组合才会使部件锁定在一起。他们的录像清楚地显示，以非预期形式碰撞的部件会分离，直到按计划锁定到位。”
“在更复杂的组装中，所涉及的部件数量以及所用材料的性质（包括磁铁），可能会限制此类方法的应用。”
本文最初发表于 The Conversation。请阅读 原文。本文发表并不意味着世界经济论坛认可其中的观点。
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作者： Eliza Berlage ，现任 The Conversation编辑。
图片：工人在格鲁吉亚博尔若米市IDS Borjomi Georgia工厂的仓库中驾驶叉车。路透社/David Mdzinarishvili。
