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 加州理工學院和噴氣推進實驗室的工程師開發了一種受鎖子甲啟發的材料，可以在壓力下從可折疊的流體狀狀態轉變為特定的固體形狀。
加州理工學院的 G. Bradford Jones 教授 Chiara Daraio 表示，這種材料具有潛在的應用，可用作外骨骼的智能織物，或者作為一種適應性模型，在損傷愈合時調整其剛度，甚至作為可以展開和加固的可展開橋梁機械工程和應用物理學博士，也是8 月 11 日發表在《自然》雜志上的一項描述該材料的研究的通訊作者。
“我們想要制造可以根據指令改變剛度的材料，”Daraio 說。“我們想創造一種以可控方式從柔軟、可折疊到剛性和承重的織物。” 流行文化中的一個例子是 2005 年電影《蝙蝠俠開始》中的蝙蝠俠披風，它通常是靈活的，但可以在披風十字軍需要它作為滑翔面時隨意變硬。
Daraio 指出，我們周圍已經存在以類似方式改變特性的材料。“想想真空密封袋中的咖啡。當仍然包裝時，它是固體，通過我們稱之為‘堵塞’的過程。但是一旦你打開包裝，咖啡渣就不再相互卡住，你可以像倒液體一樣倒它們，”她說。
單個咖啡渣和沙粒具有復雜但不連貫的形狀，只有在壓縮時才會堵塞。然而，連接環的片材會在壓縮和張力下（當推到一起或拉開時）卡在一起。“這就是關鍵，”Daraio 說。“我們測試了許多粒子，看看哪些粒子既具有靈活性又具有可調剛度，而那些僅在一種壓力下卡住的粒子往往表現不佳。”

為了探索哪種材料最有效，Daraio 與前加州理工學院博士后研究員 Yifan Wang 和前加州理工學院研究生 Liuchi Li（博士 '19）一起作為Nature論文的共同主要作者，設計了許多連接粒子的配置，從連接環連接立方體連接八面體（類似于底部連接的兩個金字塔）。

在加州理工學院為 NASA 管理的噴氣推進實驗室首席科學家道格拉斯·霍夫曼 (Douglas Hofmann) 的幫助下，這些材料是用聚合物甚至金屬 3D 打印出來的。然后，這些配置在計算機中使用來自 José E. Andrade 小組的模型進行模擬，José E. Andrade 是土木與機械工程的 George W. Housner 教授，也是加州理工學院顆粒材料建模方面的常駐專家。
“顆粒材料是復雜系統的一個很好的例子，在顆粒尺度上的簡單相互作用可以導致結構上的復雜行為。在這個連鎖郵件應用程序中，在顆粒尺度上承載拉伸載荷的能力改變了游戲規則。就像有一根繩子可以承受壓縮載荷。模擬這種復雜行為的能力為非凡的結構設計和性能打開了大門，“安德拉德說。
工程師施加外部壓力，使用真空室壓縮織物或通過放下重物來控制材料的卡住。在一項實驗中，一種真空鎖定的鏈甲織物能夠承受 1.5 公斤的負荷，是織物自身重量的 50 多倍。機械性能（從柔軟到堅硬）變化最大的織物是那些顆粒之間平均接觸次數較大的織物，例如連接環和正方形，類似于中世紀的鏈甲。

“這些面料在智能可穿戴設備中具有潛在的應用：在未卡住時，它們重量輕、柔順且穿著舒適；在卡住過渡后，它們成為穿戴者身體上的支撐和保護層，”現任助理教授的王說在新加坡南洋理工大學。

在一個可以展開然后被驅動穿過的橋梁的例子中，Daraio 設想將電纜穿過材料，然后收緊以堵塞顆粒。“把這些電纜想象成連帽衫上的拉繩，”她說，并指出她現在正在探索這種電纜方案和其他可能性。

在所謂的智能表面的并行工作中，表面可以隨意改變形狀到特定的配置，Daraio 與博士后學者 Ke Liu 和訪問學生 Felix Hacker 最近展示了一種通過嵌入網絡來控制表面形狀的方法熱響應液晶彈性體 (LCE)，加熱時會收縮的聚合物薄條。這些 LCE 包含可拉伸的加熱線圈，可以用電流充電，加熱它們并使其收縮。當 LCE 收縮時，他們拉動嵌入它們的柔性材料并將其壓縮成預先設計的固體形狀。

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來源：賢集網
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