從石鱉身上獲得靈感——3D列印出柔性護甲

光明網 發佈 2020-01-17T20:32:56+00:00

石鱉,是一種多板綱海洋軟體動物,貼附力極強,吸附在岩石上似一塊石板,但身體十分柔軟、伸曲性大,在緊急時刻可捲成球狀。

石鱉,是一種多板綱海洋軟體動物,貼附力極強,吸附在岩石上似一塊石板,但身體十分柔軟、伸曲性大,在緊急時刻可捲成球狀。最近,有科學家以石鱉獨特的身體構造為靈感,依託3D列印技術製成一款「合成聚合物護甲」,旨在打造一種能兼具防禦和柔韌靈活的全新型護甲。

在護甲長期以來的發展史中,防護與柔韌靈活的完美融合一直是擺在設計者面前的難題。護具過硬會影響柔韌靈活性且過於笨重,相反則又直接限制了護甲的防護作用。那麼,此款柔性護甲是怎樣做到「魚與熊掌兼得」的呢?

這先得從石鱉的身體構造說起。原來,石鱉的主體部位被8塊覆瓦狀排列組成的堅硬殼板所保護著,而外表能夠運動的「軟肉」部位也被一圈含有大量礦化鱗片的外套膜緊緊包裹著。該鱗片質地堅硬,分布較為均勻且孔隙度極小,幾乎是已知天然鱗甲中礦化程度最高的,而其能夠高度彎曲的特性又可幫助石鱉變成球狀的防禦姿勢。因此,在坐擁硬朗外表的同時,石鱉還能屈能伸。業內人士感慨:「石鱉獨特的身體構造,真可謂是多功能護甲設計的絕佳模型!」

「石鱉的局部平衡主要是通過鱗片大小的變化來控制的。因此,其身體的遠端要保證柔韌靈活,以此來積極適應地表的粗糙性,鱗片的比例相對較少;身體的近端需要重點保護,因此會出現又大又厚的鱗片。」該研究團隊採用納米力學性能、三維幾何等技術手段,深入系統地研究分析了不同種類的石鱉外套膜,進一步掌握了其結構功能。

其實,古代中亞地區的斯基泰人早就知道了這一設計原理:在身體重要部位使用大塊鱗片,以更好地保護身體;在盔甲彎曲部位(如膝部和肩部)使用小塊鱗片,確保靈活。此次相關研究團隊通過進一步了解石鱉天然「裝甲系統」的幾何和材料設計原理,從而豐富拓展了新一代護甲發展的設計空間。在多次試驗調整後,最終以塑料為材質,用3D技術列印制出柔性護甲。

避彈衣、訓練服、護具……只有想不到,沒有做不到。隨著科學技術的發展,此柔性護甲或將成為未來護甲界耀眼的「明星」。

王 憲 張 曦 李孝傑

關鍵字: