想要一件隐身衣没问题 3D打印成新材料制造利器

想拥有一件哈利·波特小说中的隐身斗篷么?科学家说没问题。美国亚利桑那大学电气与计算机工程系辛皓教授表示，可以通过人为控制电磁波折射率的手段，让衣服“隐形”。与其合作者一起，辛皓发现了一种使用金属、塑料和其他物质3D打印超材料的方法，使用这种方法打印出来的超材料具有奇特的“负折射”的特性，也就是说这种材料可以让光波倒退。

辛皓表示，这种超材料比较类似于多孔保龄球和微小铜线电路板，当它们以非常精细的几何结构组装时，就会出现负折射现象，导致周边能量波出现非自然弯曲，从宏观上看，这就是人们常说的隐形、幻觉等。

3D打印将颠覆设计思维。辛皓相信，隐身衣一定能够制作出来，而制作的方式，很可能是3D打印。“3D打印与超材料是完美搭配。”他说。

为何3D打印如此受到新材料制造者的追捧？辛皓指出，任何一个物体都可以看成是空间分布的各种性质，如果我们在三维空间中的任意一点都能够任意放上我们需要的介质，理论上就能制造出完全贴合我们需求的产品。在美国，3D打印已经引起一场制造界的地震，不过在中国，辛皓认为人们对3D打印的本质理解得还不够透彻。

“为什么我们一直使用电路板，因为二维东西最容易设计，我们现处的电子世界就是从二维的电路板慢慢发展起来的。”辛皓说，“不过既然掌握了三维手段，我们为何不能在制造时直接从3D开始？”他举例说，比如在人骨中添加一块通讯材料，以便让人体与设备保持关联；又或者让飞机翅膀本身成为一根天线，有3D打印帮助，这些“异想”并不遥远。

不久前他的团队已经取得了一项突破——第一次从理论上解决了制作隐形衣材料的损耗和增益问题。辛皓团队设想了一种补偿机制，将给电池供电的隧道二极管以及微纳米制造技术融入设计中，当光通过材料时，通过微波强化产生能量增益，简单来说就是一边充电、一边放电。目前，这种自带能源供给的超材料已经通过理论上的验证。

这一成果一经发表，就引起广泛关注，不难想象，如果能解决超材料的“能量困境”，就能为人类社会带来许多新突破。比如将隐形衣“披”在飞机上，那么无论视觉还是雷达都无法发现它的存在；如果用于显微镜上，那么将突破光学的衍射极限，人们可以看到最微小、最精确的细节，比如单个蛋白质和病毒。

除了隐身，超材料还将带给人类社会翻天覆地的变化，比如弯曲水波或地震波。据悉，基于这一理论，法国正在研制一种地震波超材料来保护他们的医院、核电站等重要设施，当地震波与材料“相遇”时会自动“绕行”，保护重要设施不受损害。

超材料和3D打印会永远改变人们的生活，要实现它，我们还需更多颠覆性思维。