科學家們花費數百萬年時間完美化裝甲獸這種有甲殼的哺乳動物。近日，北卡羅來納州立大學的材料科學家們使用 3D 打印機、銀納米線和耐用紙張，成功在實驗室中複製了裝甲獸的外殼。他們創造了一種名為 Morpho-Interlocking Protective Module (MIPM) 的「機器裝甲獸」皮膚。值得注意的是，這種皮膚能夠感知危險並即時捲曲成堅固的保護殼。
這是一種動態的盔甲設計，旨在保護下一代脆弱科技，尤其是柔性機器。
該校機械與航空工程學的安德魯·A·亞當斯傑出教授 Yong Zhu 表示：「在柔性機器人和靈活電子產品的領域，近年來取得了巨大的進展，但這些設備往往也很脆弱。我們的目標是開發一種解決方案，使這些脆弱技術能夠運行，但在必要時可以保護它們。」
新型機器裝甲獸的保護技術具備多層設計
新的保護技術的卓越之處在於其多層設計。該模組結構具有三層設計，能夠從柔性轉變為剛性。其外部外骨骼由 3D 打印的樹脂鱗片製成，而內部的內骨骼則利用摺疊紙條來容納互鎖的聚合物鱗片。中間夾層是由嵌入銀納米線的彈性聚合物應變傳感器、導電布加熱器、液晶彈性體和 Kapton 膠帶組成的感知及驅動層。
當一個集成的應變傳感器檢測到威脅 — 無論是輕微的擠壓還是突如其來的衝擊 — 它會向控制單元發送信號，啟動內部加熱層。這種熱量觸發分子間的拉鋸戰。一方面，液晶彈性體收縮；另一方面，Kapton 膠帶擴展。這種協調的運動迫使整個結構向內捲曲，形成一個保護圈，3D 打印的樹脂鱗片朝外。
然而，簡單的捲曲不足以抵擋重擊。當模組彎曲時，一系列剛性聚合物鱗片與摺疊的紙內骨骼緊密鎖合。這種互鎖機制將柔性、可彎曲的材料轉變為能夠吸收力量的高度剛性內部骨架。在測試中，該系統檢測到應變並觸發其轉變為保護外殼。
此外，研究團隊發現，增加內部骨架中段鱗片的數量可以提升結構的整體剛性和強度。Zhu 表示：「通過機械引導設計，我們建立了內骨骼分段與結構輕量化之間的權衡。例如，10 個段鱗片能夠承受約 10 牛頓的力量。該系統可以調整以響應不同級別的威脅。」
機器裝甲獸的潛在應用範圍廣泛
研究人員還建立了一個精確的數學指導的權衡，平衡所用鱗片的數量與設備的重量，從而根據負載定製盔甲。NC State 的博士後研究員及該論文的第一作者 Jianyu Zhou 指出：「我們可以看到這項技術被用來保護許多類型的物體 — 實際上是任何能夠包裹的物體。」
從搜索與救援無人機在狹窄的岩石縫隙中導航，到植入移動關節的柔性醫療設備，潛在應用廣泛。北卡羅來納州立大學團隊目前正在積極尋找商業合作夥伴，將他們的機器裝甲獸從實驗室轉向現實世界。相關研究結果已於 5 月 27 日發表在《科學進展》期刊上。