格拉斯哥大学与意大利马尔凯理工大学、拉奎拉大学及国家核物理研究所合作，研发出一款能在受冲击时发生扭转的3D打印材料，该材料有望用于车辆的自适应碰撞保护系统。

领导该研究的格拉斯哥大学詹姆斯·瓦特工程学院教授Shanmugam Kumar表示，当前多数车辆使用的防护材料是静态的，仅针对特定碰撞场景设计，无法适应多变条件。

这项研究提出了一类新型自适应扭转超材料，无需复杂电子或液压系统即可实现自适应，仅通过机械控制旋转即可调节。

当受到压缩时，陀螺形态晶格将其转化为扭转变形，通过改变边界条件，研究人员能够调整能量吸收特性。

这些材料可根据冲击类型和严重程度自适应改变特性，以减轻冲击影响。

该研究发表于《Advanced Materials》，论文题为《自适应扭转超材料》，采用了一种独特的陀螺形态晶格结构。

与提供固定抵抗力的传统泡沫或溃缩区不同，这种材料能够机械调节其对不同冲击类型的响应。

可调整为较重碰撞提供更高刚度，或为较轻碰撞提供更柔和的缓冲。

该材料通过金属增材制造技术以钢材制成，制造过程能够精确控制其复杂高孔隙率晶格结构。

受压缩时，陀螺结构会像开瓶器一样旋转扭动，从而消散冲击能量。



实验室测试考察了材料在快速冲击和渐进应变下的三种配置。

当限制其扭转时，材料达到最大刚度，每克吸收15.36焦耳能量。

允许自由扭转时，刚度和能量吸收降低约10%。

过度扭转则使能量吸收减少33%。

这些结果表明该材料可提供从刚性防护到柔性缓冲的一系列保护机制。

实验得到理论和计算模型的支持，这些模型预测了扭转晶格在不同应变率下的行为。

通过显微CT扫描量化了3D打印过程中的几何缺陷，以确保仿真与实验结果的精确匹配。

Kumar表示，他们相信该材料未来可应用于汽车和航空航天安全领域，作为一种新型自适应材料，根据需要应对不同需求。

它还可能支持新型能量收集方式的开发，将冲击能转化为旋转动能。

除车辆安全外，类似的3D打印晶格结构也在其他领域被开发用于增强刚度、能量吸收和振动管理。

在RMIT大学，研究人员受深海海绵“维纳斯花篮”启发，创建了一种生物启发的双晶格结构。

该结构比传统拉胀材料刚度提高13倍，能量吸收增加10%，并在应变范围扩大60%的情况下保持拉胀行为。

据发表于《Composite Structures》的论文，其应用可能涵盖建筑、防护装备和医疗植入物。

研究主要作者Jiaming Ma博士指出，该研究通过开发双晶格结构优化了载荷分布和抗变形能力，突破了现有材料的局限。



另一项研究中，苏黎世联邦理工学院的Chiara Daraio教授团队开发了一种嵌入钢立方体的刚性塑料晶格，可在支撑重量的同时吸收振动。

钢立方体作为共振器，阻止振动在结构中传播，使其适用于航天器、涡轮转子和火箭。

课题组博士后研究员Kathryn Matlack解释道，振动不会被传递到整个结构，而是被钢立方体和内部塑料网格杆捕获，因此结构的另一端不会移动。