连锁邮件织物随需僵硬

当软织物包裹在柔性塑料外壳和真空填充物时，它变成了比弯曲或更难以弯曲的刚性结构，而不是放松时的刚性结构。它背后的物理原则被称为“干扰过渡”，类似于真空包装袋中的加强行为米饭或豆类。

被称为“可穿戴结构的织物”，开发可以为下一代铺平道路智能面料这可以硬化以防止用户免受冲击或需要额外的承载能力。

潜在的应用可包括用于老年人，防弹或防刺背心的可配置医疗支持和保护性外骨骼适用于高冲击运动或施工场所的工作场所。这种跨学科研究结果来自机械工程专家与先进制造业的合作。

本文的领先作者，南洋助理王毅安教授表示，他们的研究具有根本意义和工业相关性，它可能导致新的平台技术在医疗和医疗中的应用机器人系统这可以使社会受益。

“利用一种轻质、可调节的工程织物，我们可以用它来满足病人和老年人的需求，例如，创造可以帮助他们站立、负重和帮助他们完成日常工作的外骨骼。”南洋理工大学机械与航空航天工程学院的王助理教授说，他在加州理工学院做博士后时就开始了这项研究。

“灵感来自古代连锁邮件盔甲，我们使用互锁的塑料空心粒子来增强我们可调的织物的僵硬。为了进一步提高材料的刚度和力量，我们现在正在研究由铝制的各种金属制成的织物，可用于需要更高负载能力的大规模工业应用，例如桥梁或建筑物。“

本文的通讯作者，Chiara Daraio教授，Caltech的G. Bradford Jones机械工程和应用物理学教授说：“我们想制作可以改变命令僵硬的材料。我们想以可控的方式创建一种柔软和可折叠的刚性和承重的织物。“

来自流行文化的一个例子将是2005年电影蝙蝠侠的蝙蝠侠斗篷，这是一般的灵活性，但是当戴着斗篷的十字架需要它作为滑翔机时，就可以刚刚变得僵硬。

互锁面料后面的科学

可变刚度织物背后的科学概念被称为“干扰过渡”。这是固体颗粒聚集体从流体状软态向固体状刚性态转变的过程，其堆积密度略有增加。然而，典型的固体颗粒通常太重，不能为可穿戴应用提供足够的抗拉性。

在他们的研究中，作者设计了结构颗粒 - 其中每个颗粒由中空帧制成 - 以环，椭圆形，正方形，立方体，金字塔和八面体的不同形状的形状互锁。这些结构，称为拓扑互锁结构，然后可以使用最先进的具有低密度和高抗拉刚度的链邮件织物形成。新利18官方技术将它们作为单件打印。

然后，它们建模了每种粒子的平均接触点数以及每个结构响应施加的应力的量弯曲。该团队发现，通过自定义粒子形状，在粒子与织物可以弯曲的大量重量之间有重量之间的权衡，以及如何平衡两个因素。

为了添加一种控制织物的刚度的方法，该团队将链邮件织物封装在柔性塑料外壳中，并使用真空压制织物，该真空施加来自外部的压力。真空压力增加了织物的填充密度，使每个颗粒与其邻居具有更多接触，从而使八面体的织物在25次刚性的结构中。当形成扁平的台式结构并真空锁定到位时，织物可以保持1.5kgs的负荷，超过50倍的织物自身重量。

在另一个实验中，该团队将一个小钢球（30克，直径为1.27厘米）落在连锁邮件上，每秒3米。当宽度时，冲击将织物变形多达26毫米，但在加速时只有3毫米，渗透深度降低了六次。

To show the possibilities of their fabric concept using different source material, the team 3D-printed the chain mail using aluminium and demonstrated that it has the same flexibility and ‘soft’ performance as nylon when relaxed and yet it could also be ‘jammed’ into structures that are much stiffer compared to nylon due to aluminium’s higher stiffness and strength.

这些金属链邮件可用于诸如车身装甲等应用，在那里它们必须防止急性和高速冲击从尖锐物体。在这种情况下，封装或包膜材料可以由芳族聚酰胺纤维制成，通常称为Kevlar，用作防弹背心的织物。

向前迈进，该团队正在寻求改善其链邮件的材料和织物性能，并探索更多的加强它的方法，例如通过磁性，电力或温度。

该研究发表于自然。