看过金庸武侠《射雕英雄传》的朋友都知道，黄蓉靠着一件神器“软猬甲”行走江湖，这个软猬甲结构轻巧却刀枪不入，非常神奇。

来自加州理工大学、南洋理工大学的科学家们就设计了一种现代“软猬甲”，即一种由 3D 打印的聚合物元素（而非织物）联锁而成的面料。

这种面料能从柔软、可弯曲的状态变成坚硬的状态，还能从坚硬的状态再变回去。这种材质或许能用于各种机器人和医疗等场景。

研究人员受到古代链甲与拓扑互锁元素的启发，他们设计了一种由两层互锁八面体粒子组成的结构化织物。每个粒子都是一个中空的三维结构，通过桁架连接构造。

这种设计降低了整体密度，增强了粒子元素之间的接触。

而选择八面体粒子是因为它们的90°旋转对称，可以在互锁结构中形成方形二维晶格，它们的尖角增加了层与层之间的接触。同时，该设计避免层层堆积所产生的互锁，使层与层之间可以相对滑动，实现更好的柔性。如同古代的链甲一样，可以自由弯曲、折叠并覆盖在弯曲的物体上。

为了获得高强度，他们使用边界压力触发织物上的粒子之间的堵塞，将织物进行了封装并抽出空气以产生边界压力。这可以有效地增加织物的弯曲模量，并使其变成了承重的结构。

为了量化力学性能的变化，他们进行了三点弯曲试验，并计算了织物的表观弹性弯曲模量。模量的增强可归因于堵塞状态下拓扑连锁引起的粒子之间的拉伸阻力。

同时，他们通过对不同方向的弯曲和拉伸模拟，测试了织物的各向异性。拉伸变形的各向异性比弯曲变形的要强得多。这是因为拉伸力加载的方向是粒子连接的主要方向。

为了了解粒子几何形状和堵塞结构的机械性能之间的关系，他们设计了另外五种不同几何形状的粒子，并构造了相应的互锁织物，通过利用验证过的最小二乘离散元模型来研究它们在三点弯曲试验下的力学响应。

结果表明，在某一起始值 Z0（定义为粒子结构刚性所需的临界接触数）之后，表观弯曲模量随着平均接触数增加而增加。

该织物的另一个特点是，在被封装堵塞之前，它们可以被塑造成不同的几何形状。这种塑造能力对于可穿戴的应用设备尤其重要。

他们将织物塑造成平板形和拱形并且施加压力，发现其能够承受超过自身重量三十倍的载荷。由于其“可柔可刚”的优异力学响应特性，该结构化织物具有广阔的应用空间。

来源：Nature