多层结构通常具有高强度、高刚度和高能量吸收率的优点，已广泛运用于复合减震结构等工程领域。然而，大多数具有高能量吸收率的多层结构是用刚性材料制造的，这严重限制了它们在非结构化环境中的运用。
近期，中山大学吴嘉宁课题组与英国伯明翰大学合作揭示了一种存在于自然生物中的多层结构软材料制成的强大生物能量吸收器。该课题组通过对扇形管虫生物应激行为（图1）的研究发现，扇形管虫的软管可承受巨大冲击载荷并吸收动能，使其成为在非结构化场景中运用的吸能器的优异设计蓝本。课题组通过对软管进行SEM，EDS，AFM等材料测试（图2）以及通过有限元对比仿真（图3）得出了，软管的结构特征决定软管能量吸收器的力学性能和吸能能力。
图1 扇形管虫的生物应激行为
图2 软管的材料测试
图3 冲击能量吸收效果及评估
此外，课题组还通过对扇形管虫的运动学分析，结合理论建模与实验验证，阐明了基于软材料的能量吸收器与刚性能量吸收器相比在稳定辅助中优势（图4）。这种综合的机械特性可能为水下软体机器人的柔性保护装置的设计提供设计参考。
图4 构成软管稳定运动的阻尼效应
相关工作以Membranous sheath of a fan worm functions as a high-performance energy absorber and stabilizer为题，发表于Cell旗下物质科学期刊 Cell Reports Physical Science 上。中山大学本科生白嗣愉为论文第一作者，伯明翰大学Shi-Yang Tang教授和中山大学先进制造学院吴嘉宁副教授为共同通讯作者。
原文链接：https://doi.org/10.1016/j.xcrp.2023.101253
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