一位研究人员在开发一种新型3D打印技术方面发挥了关键作用，该技术能够制造出能够改变形状的材料，这些材料与肌肉相比较。这一进展将增强机器人技术、医疗保健和能源系统的应用。
来自俄勒冈州立大学的研究人员为一种新的3D打印方法做出了贡献，该方法能够制造出像肌肉一样能够改变形状的材料，为机器人技术以及生物医学和能源技术的更好应用铺平了道路。
由俄勒冈州立大学工程学院的德文·罗奇及其合作者设计的液晶弹性体结构，可以在打印后爬行、折叠和弹跳。
“液晶弹性体本质上像软马达一样运作，”机械工程助理教授罗奇解释道。“它们的柔软性使它们在我们天然的柔软身体中表现良好。这使它们适合用于将药物输送至特定部位的医疗植入物，作为针对性程序中的支架，或作为解决失禁问题的尿道植入物。”
液晶弹性体是轻微交联的聚合物网络，当受到特定触发因素（如热量）的影响时可以发生显著的形状改变。它们能够将热能（来自阳光或电流等源）转换为可储存以备后用的机械能。此外，罗奇指出，液晶弹性体可能会对柔性机器人领域产生重大影响。
“使用液晶弹性体的灵活机器人可能会进入人类存在危险或不适合的区域，”他指出。“它们在航空航天领域也具有潜在的应用，可以作为用于深空活动、雷达操作或探索地球以外空间的自动化系统的驱动器。”
根据罗奇的说法，液晶弹性体的有效性依赖于其独特的各向异性和粘弹性的组合。
各向异性描述了一种方向依赖性，就像木材在其纹理方向上比横向更强。另一方面，粘弹性材料则既具有粘性（就像蜂蜜，它在压力下抵抗流动并缓慢变形），又具有弹性，当去除压力后会恢复到其原始形状，类似于橡胶。这些材料会逐渐变形，并且也会缓慢恢复。
液晶弹性体的变形能力依赖于其分子的排列。罗奇和他的团队与哈佛大学、科罗拉多大学以及桑迪亚和劳伦斯·利弗莫尔国家实验室的研究人员合作，发现了一种在被称为数字光处理的特定3D打印类型中使用磁场排列这些分子的方法。
3D打印或增材制造通过逐层产生物体。在数字光处理过程中，使用光固化液态树脂成型为精确设计的形状。然而，排列弹性体的分子可能是困难的。
“分子排列对于充分利用液晶弹性体的潜力至关重要，使其适合用于先进的功能应用，”罗奇表示。
罗奇及其同事试验了不同的磁场强度，并研究了它们与打印层厚度等其他因素如何影响分子排列。这项研究使他们能够创建复杂的液晶弹性体形状，当暴露于热量时会以特定方式改变。
“我们的研究结果为开发能够以有益方式响应各种刺激的先进材料创造了新的机会，这可能会在众多行业带来新的突破，”罗奇表示。
该研究发表在《高级材料》上，获得了国家科学基金会和空军科学研究办公室的支持。
在相关工作中，罗奇领导的一组来自俄勒冈州立大学的团队与桑迪亚、劳伦斯·利弗莫尔和纳瓦霍技术大学合作，研究液晶弹性体的机械阻尼能力，研究成果发表在《先进工程材料》上。
机械阻尼涉及减少或耗散机械环境中由振动或摆动产生的能量，包括汽车减震器、在地震中保护建筑的隔震器，以及减少因风或交通引起的振动的桥梁阻尼器。
俄勒冈州立大学的学生亚当·比肖夫、卡特·博克特和马克西姆·索尔金与研究团队一起证明，一种称为直接喷墨3D打印的制造技术可以有效地创建在广泛加载条件下耗散能量的机械阻尼设备。
