俄勒冈州立大学的一名研究人员帮助创建了一种新的 3D 打印方法，用于打印类似于肌肉的变形材料，为机器人、生物医学和能源设备领域的改进应用打开了大门。

俄勒冈州立大学工程学院的 Devin Roach 及其合作者打印的液晶弹性体结构在打印后可以直接爬行、折叠和折断。

“LCE 基本上是软马达，”机械工程助理教授 Roach 说道。“由于它们很软，与普通马达不同，因此非常适合我们本来就很柔软的身体。因此，它们可以用作可植入医疗设备，例如，将药物输送到目标位置，作为目标区域手术的支架，或作为有助于治疗失禁的尿道植入物。”

液晶弹性体是一种轻度交联的聚合物网络，在受到某些刺激(如热)时能够显著改变形状。它们可用于将热能(如来自太阳或交流电)转化为机械能，可根据需要储存和使用。罗奇补充说，液晶弹性体在软机器人领域也能发挥重要作用。

他说：“配备 LCE 的柔性机器人可以探索不安全或不适合人类前往的区域。它们还被证明有望在航空航天领域作为自动化系统的执行器，例如深空抓取、雷达部署或地外探索。”

罗奇表示，液晶弹性体的功能效用的基础是其各向异性和粘弹性的结合。

各向异性是指方向依赖的特性，例如木材沿纹理方向的强度比横纹方向的强度高，而粘弹性材料既有粘性(如蜂蜜，在压力下会抵抗流动并缓慢变形)，又有弹性，当压力消除后会恢复到原来的形状，如橡胶。粘弹性材料会缓慢变形并逐渐恢复。

液晶弹性体的形状变化特性取决于材料中分子的排列。罗奇与哈佛大学、科罗拉多大学以及桑迪亚国家实验室和劳伦斯利弗莫尔国家实验室的合作者发现了一种在一种称为数字光处理的 3D 打印过程中使用磁场排列分子的方法。

3D 打印又称为增材制造，可以一层一层地制造物体。在数字光处理中，光被用来精确地将液态树脂硬化成固体形状。然而，让弹性体的分子排列整齐可能很困难。

罗奇说：“对分子进行排列是释放 LCE 全部潜力并使其用于先进功能性应用的关键。”

罗奇和其他研究人员改变了磁场强度，并研究了磁场和其他因素(例如每个印刷层的厚度)如何影响分子排列。这使得他们能够打印复杂的液晶弹性体形状，这些形状在加热时会以特定的方式发生变化。

罗奇说：“我们的工作为创造以有用的方式对刺激做出反应的先进材料开辟了新的可能性，有可能带来多个领域的创新。”

这项研究发表在《先进材料》杂志上，得到了美国国家科学基金会和空军科学研究办公室的支持。

在《先进工程材料》上发表的相关研究中，罗奇带领俄勒冈州立大学的学生和桑迪亚大学、劳伦斯利弗莫尔大学和纳瓦霍技术大学的合作者组成的团队探索液晶弹性体的机械阻尼潜力。

机械阻尼是指减少或消散机械系统中振动或振荡的能量，包括汽车减震器、有助于保护建筑物免受地震影响的抗震阻尼器，以及最大限度地减少风或机动车引起的振荡的桥梁减震器。

俄勒冈州立大学的学生 Adam Bischoff、Carter Bawcutt 和 Maksim Sorkin 以及其他研究人员证明，一种称为直接墨水书写 3D 打印的制造方法可以生产机械阻尼装置，这种装置可以在很宽的负载率范围内有效地消散能量。