加州理工学院和喷气推进实验室的工程师开发了一种受锁子甲启发的材料，可以在压力下从可折叠的流体状状态转变为特定的固体形状。
加州理工学院的 G. Bradford Jones 教授 Chiara Daraio 表示，这种材料具有潜在的应用，可用作外骨骼的智能织物，或者作为一种适应性模型，在损伤愈合时调整其刚度，甚至作为可以展开和加固的可展开桥梁机械工程和应用物理学博士，也是8 月 11 日发表在《自然》杂志上的一项描述该材料的研究的通讯作者。
“我们想要制造可以根据指令改变刚度的材料，”Daraio 说。“我们想创造一种以可控方式从柔软、可折叠到刚性和承重的织物。” 流行文化中的一个例子是 2005 年电影《蝙蝠侠开始》中的蝙蝠侠披风，它通常是灵活的，但可以在披风十字军需要它作为滑翔面时随意变硬。
Daraio 指出，我们周围已经存在以类似方式改变特性的材料。“想想真空密封袋中的咖啡。当仍然包装时，它是固体，通过我们称之为‘堵塞’的过程。但是一旦你打开包装，咖啡渣就不再相互卡住，你可以像倒液体一样倒它们，”她说。
单个咖啡渣和沙粒具有复杂但不连贯的形状，只有在压缩时才会堵塞。然而，连接环的片材会在压缩和张力下（当推到一起或拉开时）卡在一起。“这就是关键，”Daraio 说。“我们测试了许多粒子，看看哪些粒子既具有灵活性又具有可调刚度，而那些仅在一种压力下卡住的粒子往往表现不佳。”

为了探索哪种材料最有效，Daraio 与前加州理工学院博士后研究员 Yifan Wang 和前加州理工学院研究生 Liuchi Li（博士 '19）一起作为Nature论文的共同主要作者，设计了许多连接粒子的配置，从连接环连接立方体连接八面体（类似于底部连接的两个金字塔）。

在加州理工学院为 NASA 管理的喷气推进实验室首席科学家道格拉斯·霍夫曼 (Douglas Hofmann) 的帮助下，这些材料是用聚合物甚至金属 3D 打印出来的。然后，这些配置在计算机中使用来自 José E. Andrade 小组的模型进行模拟，José E. Andrade 是土木与机械工程的 George W. Housner 教授，也是加州理工学院颗粒材料建模方面的常驻专家。
“颗粒材料是复杂系统的一个很好的例子，在颗粒尺度上的简单相互作用可以导致结构上的复杂行为。在这个连锁邮件应用程序中，在颗粒尺度上承载拉伸载荷的能力改变了游戏规则。就像有一根绳子可以承受压缩载荷。模拟这种复杂行为的能力为非凡的结构设计和性能打开了大门，“安德拉德说。
工程师施加外部压力，使用真空室压缩织物或通过放下重物来控制材料的卡住。在一项实验中，一种真空锁定的链甲织物能够承受 1.5 公斤的负荷，是织物自身重量的 50 多倍。机械性能（从柔软到坚硬）变化最大的织物是那些颗粒之间平均接触次数较大的织物，例如连接环和正方形，类似于中世纪的链甲。

“这些面料在智能可穿戴设备中具有潜在的应用：在未卡住时，它们重量轻、柔顺且穿着舒适；在卡住过渡后，它们成为穿戴者身体上的支撑和保护层，”现任助理教授的王说在新加坡南洋理工大学。

在一个可以展开然后被驱动穿过的桥梁的例子中，Daraio 设想将电缆穿过材料，然后收紧以堵塞颗粒。“把这些电缆想象成连帽衫上的拉绳，”她说，并指出她现在正在探索这种电缆方案和其他可能性。

在所谓的智能表面的并行工作中，表面可以随意改变形状到特定的配置，Daraio 与博士后学者 Ke Liu 和访问学生 Felix Hacker 最近展示了一种通过嵌入网络来控制表面形状的方法热响应液晶弹性体 (LCE)，加热时会收缩的聚合物薄条。这些 LCE 包含可拉伸的加热线圈，可以用电流充电，加热它们并使其收缩。当 LCE 收缩时，他们拉动嵌入它们的柔性材料并将其压缩成预先设计的固体形状。

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来源：贤集网
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