可编程材料，未来科技的材料“基建”( 三 ) 文/观察未来科技材料的进步在

轮烷则类似于一个哑铃，手柄处围绕着一个独立的环。分子较粗大的部位构成了哑铃末端的“砝码” ，可以防止套环滑脱。套环和手柄之间发生强烈交互作用的地方称为基点。在遇到适当条件时，套环可在基点之间穿梭或跳跃。
经过多年的实验，研究人员已经发现，他们可以预先设计出套环和手柄之间的引力，从而实现自动穿套。这意味着索烃和轮烷将成为可编程材料，另一种化学反应将增加套环/手柄超分子系统的重量，从而困住套环，使其成为整个系统的一部分。

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未来科技的“基建”
当然，当前的可编程材料的应用还只停留在浅层，长远来看，可编程材料将成为未来科技“基建”一般的存在，比如，在纳米机器人的应用中，可编程材料就将发挥不可替代的重要作用。
还是以索烃和轮烷为例， 2005年，荷兰、英国与意大利联合研究小组共同开发出一种纳米机器，只需向它添加某种光线，科学家就能让液体逆流所上。该研究小组制成一种轮烷，它的手柄有两个固定基点，同时轮烷的一个砝码将手柄与一个特制的斜面连接起来。
在常态下，液体会沿并斜面向下流动，原理也很简单，就是重力的作用而已。研究人员发现，在正常情況下，经轮烷改造的斜面同样会让液体向下流动。然而，当他们利用一种特殊光线照射轮烷改良后的斜面时，液体便会违反重力作用，向上流动。究其原因，光线照向斜面时会被轮烷环吸收，从而赋予了轮烷环充足的能量，使其能够从一个基点移动到另一个基点。当轮烷环跃至第二个基点时，顶部的砝码便会对液体产生排斥。
基于此，重新设置好光线位置后，研究人员就能够使整个水滴沿晶片向上滚动。光源关闭之后，轮烷环将回到原始基点，液滴也将随之沿品片向下滚动。
这意味着，量子级作用力经过叠加便会在产生巨大的效应。更重要的是，这种巨大效应将会在包括纳米机器人在内的技术中产生真正的价值，比如，帮助分子向特定目标运动，通过注入物体实现无创精确手术等。理查德·费曼在1959年题为《微观世界有无垠的空间》的演讲中便谈到了微机器人在医学中的应用，在当时，这些应用显得非常遥远且异想天开，而现在，人们已经通过更深入的研究看到了这些应用的未来和希望。
可编程材料另一项重要的应用是在4D打印中的应用。 4D打印技术于2013年由麻省理工学院首次进行展示：将采用4D打印技术制作而成的聚合物链条置于水中，链条自动折叠形成预先设计的形状。这种链条由两种材料采用增材制造而成，一种在水中膨胀，另一种体积不变。遇水膨胀的部位压迫其他部位产生形变，形成预定的形状。
与3D打印技术通过各种方式将原材料如同叠“砖块”一般逐层堆叠成形，具有高设计自由度、无需模具等优点不同， 4D打印采用经特殊设计和制备的可编程材料，使这些“砖块”能够感知外界条件，随之产生形状、性能和功能的变化。可以说，可编程材料的应用正是4D打印实现的基础和关键。
实际上， 4D打印技术的诞生就与可编程材料的研究密切相关。 2007年，美国国防高级研究计划局（DARPA）开展了“可编程物质”项目研究，该项目旨开发出一种可在软件控制或外界刺激的条件下转变成理想或有用形态的智能材料，实现根据需求在现场快速制造物资，并使军事装备能够根据指令改变形状。在未来， 4D打印还将在多领域展现出其意义和魅力。