研究人员受墨鱼启发开发智能且坚固的3D打印防弹衣

2024年2月16日，南极熊获悉，圣地亚哥州立大学（SDSU）的研究人员从海洋生物的恢复力和预期中获取灵感，正在试图改变传统防弹衣设计。这种新的方法整合了先进的传感技术，通过使用坚固耐用的复合材料，开发出高度集成化的防护装备。通过使用3D打印技术，这一目标已成为可能。

△受墨鱼启发的复合材料

由机械工程学教授Yang Yang和Wenwu Xu领导的团队概述了他们的材料如何改进体育、军事、医学和航空航天等行业中使用的过时身体防护装备。

左起：圣地亚哥州立大学博士生Qingqing He、机械工程系助理教授Yang Yang和南加州大学研究生Yushun Zeng在实验室

以前，人们曾从海洋生物中汲取开发防护设备的灵感，而研究人员则特别关注墨鱼（乌贼）的耐久性。墨鱼以轻巧而又具有惊人的韧性而闻名，Yang教授和他的同事们试图模仿墨鱼的结构组成。由于某些种类的墨鱼能在海面下2000英尺的巨大压力下茁壮成长，它们在壳内进化出了一种刚性但轻质的微结构，以帮助它们应对这些极端条件。这种微结构被称为壁隔结构，使得墨鱼能够有效地吸收和消耗散能量，从而轻松地适应强烈的物理压力环境。

圣地亚哥州立大学的研究人员认识到了这种能力的潜力，并确定了其在减少冲击力方面的重要应用。为了模仿壁隔隔膜的结构效率，Yang和他的团队培育了压电罗谢尔盐晶体，并将其与轻质有机材料墨鱼骨整合在一起。通过这种方法，他们开发出了一种新型复合材料，能够显著吸收冲击力。

3D打印防护装备的潜在应用

这种先进材料的应用非常广泛，涵盖体育、国防、航空航天和医疗保健等行业。其中，复合材料的主要应用之一是在头盔领域。这种头盔不仅能够提供出色的冲击保护，还具备实时监测功能，能够在佩戴者出现任何非症状时向警报发出警告。在体育和建筑领域，这种头盔的应用将彻底改变安全标准。

另外，在医疗保健领域，定制的外骨骼（如护具和护膝）配备有传感器，可用于同样检测跌倒并提供触发的深度数据，从而提高了的安全水平。

3D打印组件的特性使得维护和修复变得更加经济实惠，具有因此显着的可持续发展优势。通过在局部修补复合材料补给，可以快速更换或修复3D打印人体盔甲的中断部分，延长产品消耗并减少浪费，与传统材料通常被填埋形成对比。

在解释这一工艺时，Yann补充道：“传统陶瓷一旦破裂，就无法用这种方法修复，从而造成大量浪费。而我们的方法则可以重复使用。制造过程消耗能量很少，从而使产品的整体价格更加经济实惠。”

随着杨Yang团队不断改进他们的防弹衣，与行业合作伙伴的合作也在进行中。自开发出防弹衣以来，他们与NFL附属的3D Systems合作，推进如何改进这种复合材料和装甲并将其应用到联盟中的研究。