墨鱼骨仿生结构 灵活且抗冲击

在人类历史中，很多伟大的发明都是取材于自然界的生物结构。比如飞机的设计灵感来自于鸟类，潜水艇则取材于水中遨游的鱼类。为了实现更加坚硬且灵活的股价，浙江大学的研究人员开发了一套具有能量吸收能力的新型仿生细胞状结构，让3D打印的零件模型具有更强的抗压缩能力。

新的仿生结构的SEM图像

自然世界充满了竹子，轻木和某些动物骨头等材料的示例，这些材料超轻便，但具有极其耐用的细胞结构。不过，就刚性而言，墨鱼具有特别出色的多孔骨架，通过改变不同深度的浮力，它能够抵抗深海环境中的巨大静水压力。

为了确定墨鱼变形能力的精确来源，科学家因此选择对墨鱼标本进行微CT扫描。在压缩状态下，研究小组发现样品从一层到另一层连续破裂，但是当顶层受到破坏时，其底层仍然完好无损，这种机制旨在保护乌贼免受掠夺性攻击。

更重要的是，研究人员还发现了天然存在的文石矿物在海洋生物的防御机制中的作用，以及其整体S形片状结构。利用这些信息，在随后的实验中，研究小组着手建立了具有刀骨状架构的3D打印蜂窝材料，从而最好地模仿了真品的形状和形成。

乌贼骨骼布局的SEM和micro-CT图像

为了更深入地评估，科学家3D打印了五种仿生布局：八角形桁架格，开尔文泡沫，陀螺结构，开尔文三明治和蜂窝状三明治板。每个结构都具有在真实墨鱼中看到的层的简化版本，相互连接的墙壁模仿了它们的有机元素。

在早期测试中，所有聚合物原型都在压缩状态下弯曲，但研究小组发现，样品壁的形状对其抗力产生了巨大影响。实际上，与其他常规形状的零件相比，科学家们不得不对类似cut骨的原型施加更大的压力，以使它们从侧面倒塌。

在这些初步发现的基础上，研究人员随后配制了一系列细胞材料，这些材料可以更好地模仿墨鱼骨的结构和机械行为。与传统的聚合物泡沫相比，这些原型的能量吸收提高了20到25倍，并且最终证明它们能够在不损失其结构完整性的情况下被整辆汽车碾压。

研究结束时，研究小组强调了3D打印如何为他们提供释放仿生材料潜力所需的设计自由度，并建议未来使用陶瓷或金属，可以制造出具有更大抵抗力的增强结构品质。

研究人员在论文中总结道：“具有轻质，高强度和出色的能量吸收能力，这种受生物启发的细胞材料可能会在航空航天结构和可植入设备等领域获得广泛的应用。” “我们的研究突出了通过生物启发的3D打印进行高性能细胞材料设计和工程的可能性。”

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