來自加州理工大學、南洋理工大學的科學家們就設計了一種現代“軟蝟甲”，即一種由 3D 列印的聚合物元素（而非織物）聯鎖而成的面料。這種面料能從柔軟、可彎曲的狀態變成堅硬的狀態，還能從堅硬的狀態再變回去 。這種材質或許能用於各種機器人和醫療等場景。

研究人員受到古代鏈甲與拓撲互鎖元素的啟發，他們設計了一種由兩層互鎖八面體粒子組成的結構化織物。每個粒子都是一個中空的三維結構，通過桁架連接構造。

這種設計降低了整體密度，增強了粒子元素之間的接觸。

而選擇八面體粒子是因為它們的90°旋轉對稱，可以在互鎖結構中形成方形二維晶格，它們的尖角增加了層與層之間的接觸。同時，該設計避免層層堆積所產生的互鎖，使層與層之間可以相對滑動，實現更好的柔性。如同古代的鏈甲一樣，可以自由彎曲、折疊並覆蓋在彎曲的物體上。

為了獲得高強度，他們使用邊界壓力觸發織物上的粒子之間的堵塞，將織物進行了封裝並抽出空氣以產生邊界壓力。這可以有效地增加織物的彎曲模量，並使其變成了承重的結構。為了量化力學性能的變化，他們進行了三點彎曲試驗，並計算了織物的表觀彈性彎曲模量。模量的增強可歸因於堵塞狀態下拓撲連鎖引起的粒子之間的拉伸阻力。

同時，他們通過對不同方向的彎曲和拉伸模擬，測試了織物的各向異性。拉伸變形的各向異性比彎曲變形的要強得多。這是因為拉伸力載入的方向是粒子連接的主要方向。

為了瞭解粒子幾何形狀和堵塞結構的機械性能之間的關係，他們設計了另外五種不同幾何形狀的粒子，並構造了相應的互鎖織物，通過利用驗證過的最小二乘離散元模型來研究它們在三點彎曲試驗下的力學回應。結果表明，在某一起始值 Z0（定義為粒子結構剛性所需的臨界接觸數）之後，表觀彎曲模量隨著平均接觸數增加而增加。

該織物的另一個特點是，在被封裝堵塞之前，它們可以被塑造成不同的幾何形狀。這種塑造能力對於可穿戴的應用設備尤其重要。他們將織物塑造成平板形和拱形並且施加壓力，發現其能夠承受超過自身重量三十倍的載荷。由於其“可柔可剛”的優異力學回應特性，該結構化織物具有廣闊的應用空間。

來源：印染學習與交流