据外媒报道，来自苏格兰和意大利大学的研究人员研发出新型3D打印扭曲超材料，其独特的晶格形状使其能够自我扭转，从而能够减轻各种类型和强度撞击的影响，有望在未来几年提升车辆的碰撞防护性能。

图片来源： 期刊《Advanced Materials》

相关论文发表在期刊《Advanced Materials》。该论文概述了这种“自适应扭转超材料（adaptive twisting metamaterials）”，采用一种不同于目前使用的抗冲击保护材料的方法。

与传统的泡沫或溃缩区（提供预定的抗冲击能力）不同，该团队的材料对冲击的响应可以通过机械控制，从而改变其能量吸收能力。它们可以进行微调，以提供更强的抗冲击能力，或提供更软的缓冲能力，以应对较轻的冲击。

这些材料采用增材制造技术（即3D打印技术）制成，由钢材制成。该工艺使团队能够对材料的结构进行精细控制，从而编织出一种复杂且高度多孔的形状，即所谓的螺旋状晶格。

当材料受到外力压缩时，它会以类似螺旋状的运动扭曲，吸收冲击能量。在实验室实验中，团队测试了三种版本的材料，以评估它们对两种载荷的响应：快速冲击和较慢但稳步增加的应变。

当超材料在受到冲击时完全无法扭转时，它能提供最大的刚度并吸收最多的能量——每克材料吸收15.36焦耳的能量。当材料被允许自由扭转时，其刚度和能量吸收率下降了约10%。

在第三种配置下，材料被迫过度扭转，导致能量吸收率降低了33%。结果表明，该材料具有提供一系列防护的潜力，从刚性屏蔽到更柔和的能量吸收。

该团队的实际测试得到了一个综合的理论和计算模型的支持，该模型能够准确预测不同应变率下扭转螺旋晶格的复杂行为。为了实现精确的数值-实验校准，通过整合打印晶格的微CT重建数据，量化了增材制造过程中引入的几何缺陷。

领导这项研究的格拉斯哥大学（University of Glasgow）James Watt工程学院的Shanmugam Kumar教授表示：“目前大多数车辆使用的防护材料都是静态的，专为特定的撞击场景而设计，无法适应不同的环境条件。这项研究引入了自适应扭转超材料，这是一种新型超材料，无需任何复杂的电子或液压系统即可适应。相反，它们只需通过机械控制旋转即可适应。当我们施加压缩力时，螺旋晶格会将其转化为扭转力，通过改变边界条件，我们可以调整能量吸收特性。这些材料可以根据冲击类型和强度调整自身特性，以减轻冲击影响。”

“我们相信，这种材料未来可以应用于汽车和航空航天安全领域，提供一种能够根据需要适应不同需求的新型材料。它还可以通过将冲击力转化为旋转动能，支持新型能量收集方式的开发，”Shanmugam Kumar教授补充道。