2025-09-02 16:42
图片来源：密歇根大学论文第一作者、密歇根大学土木与环境工程博士生Guowei Wayne Tu偶然发现了一篇将编织篮的起源追溯到公元前7500年左右的文章，研究人员开始思考，这种古老的工艺之所以能延续至今，是否除了几何形状和美学之外，还有其他原因。“我们知道，编织是用芦苇和树皮等带状物创造3D形状的有效方法，但我们怀疑其中一定还存在潜在的机械优势，”密歇根大学土木与环境工程和机械工程副教授、该研究的通讯作者Evgueni Filipov说道。这项研究揭示了这些机械优势：高刚度，适合承重；高回弹性，适合长期使用。“我非常高兴能够将古代编织篮筐的优势应用于21世纪的现代工程领域，”Filipov补充道。“例如，用于机器人的轻质编织材料也能在人机碰撞时帮助人类更安全。”为了测试机械性能，研究团队将聚酯薄膜带（宽度约为小指，厚度相当于两张复印纸）垂直编织在一起，组装成三维结构。他们将这种二维编织物制成三维超材料——一种合成复合材料，其结构能够赋予天然材料所不具备的物理特性。一个被研究人员称为“狗”的四足编织机器人原型，能够承受自身25倍的重量，并且仍然可以移动腿部行走。当超载时，编织狗机器人会恢复到原来的形状，再次承受相同的重量。“利用这几个基本的角形模块，我们可以设计和轻松制造具有复杂空间几何形状、既坚硬又有弹性的编织表面和结构系统。这些基于角的编织结构在未来的工程设计中有着巨大的潜力，”Tu说道。作为其中一种应用，研究人员设计了一种编织外骨骼的概念，它可以调节人体不同部位的硬度，从而在运动的同时提供可重复使用的减震功能。
“展望未来，我们希望将活性电子材料集成到这些编织结构中，使它们成为能够感知外部环境并根据不同应用场景改变形状的‘智能’系统，”Filipov说道。
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