武侠小说中的“软猬甲”选用金丝和千年滕枝混合织造，不但能 “防身” 刀枪不入还能保暖。最近，科学家将武侠小说中的“软猬甲”带进了实践。
新加坡南洋理工大学王一凡教授和加州理工学院基亚拉·达拉约（Chiara Daraio）教授团队研制了一种轻浮、安全、价格低的“链甲”智能织物。这种面料是空心八面体联合、由 3D 打印而成，经过气压调理，可完成 0.1 秒内柔柔和巩固状况的自在切换。
以往在智能可穿戴资料范畴的研讨重点在电子器件，比方智能穿戴资料或柔性电子中组成先进的传感器，但注重在改动可穿戴资料力学性能的研讨十分少。
据了解，其首要困难是制作可穿戴资料的一同，还需求确保资料的力学性能可快速改动。比方，从柔软的状况改动到巩固的状况，比较常用的办法是经过改动温度的办法到达资料的相变。
可是，大幅度温度的改动未必适用于人体穿戴，由于人的皮肤所能接受的温度规模有限。并且，改动温度的资料改动速度一般较慢，把资料加热需求几十秒乃至几分钟，冷却下来则会更慢。
此外，还有经过磁性或介电性资料，加上很强的磁场或电场来改动资料的刚度的相关研讨。这种办法面对的问题是，使用在穿戴的资料需求可发生强壮电场或磁场的设备。但这种设备体积和分量大，且电场有安全的风险，并不合适人们日常的穿戴和运用。
所以，在制作可改动刚度的智能穿戴资料范畴，之前遇到了较多的困难。为此，该团队的研讨提出了一种安全、改动速率快、分量轻、价格低的可行计划。
该资料的研制创意来自于颗粒资料，这种软资料在日常日子中很常见，比方沙子、大米、豆子等。
王一凡告知 DeepTech，这种资料的科学原理是从物理范畴的“堵塞相变”启示而来，用许多颗粒组成智能织物，然后经过外面施加压强的办法到达这种资料软硬状况的改动。
这儿说到的颗粒资料有个 “有意思” 的性质，假如颗粒资料呈天然状况（外部无束缚），它像流体相同自在地活动，一旦在外面加了必定束缚，或许在颗粒间参加必定的吸附力，它便可变成高粘性或高硬度的状况。
王一凡举例说道，“比方，假如给沙子加水，然后从外面加上压力，就能够把沙堆成较巩固的城堡，这其实便是从软状况到硬状况的改动。再如，真空包装的大米摸起来像很硬的砖块，但只需把真空包装袋翻开，里边的颗粒便能够自在活动，这是从硬向软状况的改动。”
在实践使用上，传统的颗粒资料由于是实心一般较重，假如人穿上颗粒资料像背着一袋米，在举动和舒适度上都不便利。所以，传统的颗粒资料并不合适直接使用在人体穿戴。
除了分量，传统的颗粒资料还有其他一个问题。由于颗粒之间是相互排挤的，并没有吸附力，假如颗粒资料被紧缩，它在堵塞相变后会变硬，但在这时假如去拉伸或曲折，它的弹性并不抱负。
可是，在穿戴资料里拉伸和曲折是很常见的形变形式。为处理这两个问题，该团队选用了一种空心的拓扑结构将颗粒衔接，其原理像古代的链甲，由于资料是“中空”的，所以其分量很轻。一同，该团队经过拓扑结构的衔接，使颗粒之间构成一种等效的吸附力，处理了该资料在拉伸、曲折时不便利的问题。
当处于天然状况时，这种面料易弯折，能披挂在杂乱的几许外表；而当处于堵塞相变后，面料的联锁颗粒会被挤在一同，刚度会是松懈状况下的 25 左右，其最大载分量为本身分量的 50 倍以上。
此外，该团队的立异性还在于将新颖的规划和前沿的 3D 打印技能结合起来。王一凡表明，该资料用传统的制作技能较难完成，古代的链甲是纯手工制作的，假如没有 3D 打印技能，这种拓扑互联的结构较难制作。
传统织物面对改动速度慢、不实用、不安全等问题。王一凡告知 DeepTech，“链甲”智能织物具有安全、改动速率快、本钱低的优势。
榜首，该资料的软硬调理经过微型气泵调理气压，关于人体的穿戴来说相对安全；
第三，以护腕或护肘等小型智能织物为例，其制作本钱大概是 100 美元，若日后批量生产估计本钱可下降几倍。
传统的外骨骼设备经过传统机器人技能制作，一般由金属资料构成。尽管支撑力强，但资料过重，不便利日常穿戴，并且有耗费电能高、制作本钱高级问题。
而现在，这种智能资料能够替代传统的机器人技能在某些场景的使用。并且，它可完成的标准 “巨细皆可”，也便是说，只需 3D 打印机的精度足够高，也能够把它做成很轻浮、很小的结构。
王一凡举例说道，“以血管支架或许心脏支架手术为例，假如用这种可随时变软或变硬的资料，那么或许经过微创手术就能将这种很软的支架结构放进人体，当它到达某个固定的方位时，再经过调理让它变硬。”
此外，该资料可用于人的外皮肤做医疗支撑。现在，一般用打石膏的办法来固定手骨折或断骨的患者的骨折部位。但石膏很硬，并且或许一两个月不能拿下来，形成患者举动不便。
假如用这种新型资料，便随时“可软可硬”，当骨折部位需求支撑时，用气压调理使它变硬；当患者需求歇息时，再把它变软。此外，假如 3D 打印机或制作设备足够大，这样的结构可在更大的标准完成。
“比方，能够先把房子或桥梁等大标准修建变软，然后卷起来运到某个当地后，再经过改动气压的办法，将其变成巩固的房子或桥梁。”王一凡说。
一次，王一凡与 NASA 喷气推动实验室（JPL）科学家的沟通，让他看到了这种资料使用的更多或许性。JPL 科学家以为，在外太空，或许会有较小的陨石同宇航员高速碰击的风险，假如将这种先进的资料用在宇航服上，或许能够维护宇航员的安全。
“更远些的想象，假如人们想在月球、火星等外太空制作基地，需求较轻的修建资料，用这种资料则可具有很好的延展性结构。”王一凡说。
关于该资料产业化落地的时刻，他以为，小型的医疗支撑使用大概在 5 年内能够落地，而外骨骼体系或许大标准的修建范畴使用则估计在 5 到 10 年内。
谈及该技能的可提高空间，王一凡表明，“咱们在这项研讨顶用的是尼龙聚合物的一种高分子资料，假如想把这种智能织物的高度进一步提高，需求用刚度更大的资料，比方金属资料或碳纤维资料。这需求在 3D 打印金属资料或更强度更大的资料方面进行更深化的研讨。”
据介绍，现在该团队已有开始的效果可用金属打印。另一个比较大的提高空间在于，该团队首要研讨会集在资料和结构上，但假如真实地使用在可穿戴资料，如外骨骼体系，则需求研讨整个机械体系。
“因而，咱们下一步需求研讨如何将这种先进的资料与其他的体系模块相结合起来，如操控、感应、驱动、动力等。”王一凡说。
王一凡的本科及博士别离就读于北京大学物理系及芝加哥大学物理系，以软资料为首要研讨方向，常常从天然生物体系中得到启示，然后对某种资料的物理性质、力学性质进行研讨。博士结业后，他“跨界”到加州理工学院机械工程系持续进修，这给他的科研思路带来了不小的改动。
正是由于这种交叉学科的阅历，他在科研的过程中常常带着“双学科”结合的思想去探究。这既有物理学办法上的立异性，也有机械工程中技能实践使用层面的聚集。
王一凡表明，做科研需求走出自己的舒适区，不能只在自己拿手的方向，这样研讨的范畴会越来越窄。偶然能够走出舒适区了解自己之前未触摸过的范畴，极有或许会收成立异性的启示，乃至推翻之前业界的某个理论。
谈及未来开展，他以为，将从两个方向“左右开弓”，一方面是3D打印、智能制作范畴，将先进资料在制作上或用更强的资料打印到微纳米级其他更小标准，或到达修建或许桥梁的级其他更大标准。
另一方面是软体机器人的方向，这有或许会对以往的靠传统的机器人技能起到弥补效果，完成更多或许性。
