洛桑联邦理工学院 信用:EPFL 像皮肤、软骨和肌腱这样的天然材料足够坚韧，可以支撑我们的体重和运动，同时又足够柔韧，不容易断裂
尽管我们认为这些特性是理所当然的，但在合成材料中复制这种独特的组合比听起来要困难得多
现在，EPFL的科学家们已经开发出一种新的方法来制造坚固、柔软的复合聚合物，这种聚合物更接近自然界中发现的材料
他们的突破，发表在《高级功能材料》上的一篇论文中，可能会在软机器人和软骨假体植入等领域得到应用
通常，合成水凝胶分为两种截然不同的材料
第一种包括窗玻璃和一些聚合物，坚硬且能承重，但众所周知吸收能量的能力很差:即使是最轻微的裂缝也能在整个建筑中蔓延
第二类材料更能抵抗开裂，但也有一个折衷:它们非常柔软——事实上非常柔软，以至于它们不能承受很重的负荷
然而，一些天然复合材料——由生物材料和蛋白质(包括胶原蛋白)组合而成——既坚固又抗裂
这些特性归功于它们从纳米到毫米尺度的高度精确的结构:例如，纺织纤维被组织成更大的结构，这些结构又被安排形成其他结构，等等
“我们离能够在如此多的不同尺度上控制合成材料的结构还有很长的路要走，”埃丝特·阿姆斯塔德说，她是EPFL软材料实验室的助理教授，也是这篇论文的主要作者
然而，在阿姆斯塔德的指导下工作的两位博士助手——马特奥·赫希和阿尔瓦罗·夏莱——利用自然界的线索，设计了一种制造合成复合材料的新方法
阿姆斯塔德解释说:“在自然界中，基本构件被封装在隔间里，然后以高度本地化的方式释放出来。”
“这个过程对材料的最终结构和局部成分提供了更好的控制
我们采取了类似的方法，把我们自己的积木分成隔间，然后把它们组装成一个上层建筑
" 学分:洛桑联邦理工学院 首先，科学家们将单体封装在作为隔间的水-油乳液的液滴中
在液滴内部，单体结合在一起形成聚合物网络
在这一点上，微粒是稳定的，但它们之间的相互作用很弱，这意味着材料不能很好地结合在一起
接下来，微粒——像海绵一样多孔——被浸泡在另一种单体中，然后材料被还原成一种糊状物
正如阿尔瓦罗·沙雷特所说，它的外观“有点像湿沙，可以做成沙堡”
然后，科学家们对这种糊状物进行三维打印，并将其暴露在紫外线辐射下
这导致在第二步添加的单体聚合
这些新的聚合物与工艺早期形成的聚合物交织在一起，从而使糊状物变硬
这就产生了一种异常坚固耐磨的材料
研究小组表明，一根直径仅为3毫米的管子可以承受高达10公斤的拉伸载荷和高达80公斤的压缩载荷，而不会损害其结构完整性
他们的发现在软机器人学中有潜在的用途，在软机器人学中，模仿活体组织特性的材料非常受欢迎
这一突破性的过程也可以用于开发软骨假体植入物的生物相容性材料
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