新型仿生材料：3D打印混合超材料

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      头足类动物，包括鱿鱼、墨鱼、章鱼、有惊人的伪装能力，这主要是其皮肤上的敏感色素细胞器官。一个色素细胞器官的主要机械部件是一个单一的含色素的色素细胞，和四至二十四放射状排列的肌纤维。肌纤维收缩下的色素细胞在变形过程中经历了戏剧性和迅速变化，因此导致色素易位。更有趣的是，通过选择性地依次扩大和收缩不同的色素细胞，皮肤的颜色可以在较大的范围内变化。

      受到这种机制的启发，人工色素细胞被设计出来以实现巨大的体积变化和独特的时序单元开启机制。拉胀效应（即负泊松比效应）和手性几何的概念都被用于设计新型软质材料。拉胀材料是一个不寻常的材料，当它们向一个方向伸展时，还会朝另一个方向展开。这种不寻常的负泊松比效应是由于负泊松比。

      对橡胶材料相反，拉胀材料可以进行较大的体积变化并具有较高的抗剪切变形能力。最近研究人员发现手性几何可以通过手性诱导的旋转促进细胞增大。通过在两个不同的层次上剪裁手性几何体，当只在一个方向上加载时，新设计的大小不同的细胞可以依次打开。细胞开口的顺序也可以通过几何和材料组合来调节。新的设计理念可应用于用于驱动的智能超材料，药物输送和用于伪装的颜色变化。

      所设计的新材料具有广阔的应用前景，例如设计生物医学支架、绷带、药物储库和支架，新型可折叠或展开设备，智能响应性复合材料，执行器和传感器，和可以伸缩的软性电子材料等。在这项研究中，通过多材料3D打印技术制备了新型标本，并且系统地探讨了顺序粒子释放机制的潜在应用。也对另一个潜在应用进行了研究，即对“元胞”颜色变化的概念设计。

       这项工作得到了最近的NSF/CAREER奖，是为了通过创新设计和3D打印技术探讨手性介质胀力学。三维打印技术的快速发展，使得具有复杂几何形状和材料组合的设计更加容易制造。它提供了一个快速成型工具。为了证明这个设计理念，它可以快速打印设计图案，并进行力学实验以定量评价新设计的性能和性能。