俄勒岡州立大學的一名研究人員幫助創建了一種新的 3D 打印方法，用于打印類似于肌肉的變形材料，為機器人、生物醫學和能源設備領域的改進應用打開了大門。

俄勒岡州立大學工程學院的 Devin Roach 及其合作者打印的液晶彈性體結構在打印后可以直接爬行、折疊和折斷。

“LCE 基本上是軟馬達，”機械工程助理教授 Roach 說道。“由于它們很軟，與普通馬達不同，因此非常適合我們本來就很柔軟的身體。因此，它們可以用作可植入醫療設備，例如，將藥物輸送到目標位置，作為目標區域手術的支架，或作為有助于治療失禁的尿道植入物。”

液晶彈性體是一種輕度交聯的聚合物網絡，在受到某些刺激(如熱)時能夠顯著改變形狀。它們可用于將熱能(如來自太陽或交流電)轉化為機械能，可根據需要儲存和使用。羅奇補充說，液晶彈性體在軟機器人領域也能發揮重要作用。

他說：“配備 LCE 的柔性機器人可以探索不安全或不適合人類前往的區域。它們還被證明有望在航空航天領域作為自動化系統的執行器，例如深空抓取、雷達部署或地外探索。”

羅奇表示，液晶彈性體的功能效用的基礎是其各向異性和粘彈性的結合。

各向異性是指方向依賴的特性，例如木材沿紋理方向的強度比橫紋方向的強度高，而粘彈性材料既有粘性(如蜂蜜，在壓力下會抵抗流動并緩慢變形)，又有彈性，當壓力消除后會恢復到原來的形狀，如橡膠。粘彈性材料會緩慢變形并逐漸恢復。

液晶彈性體的形狀變化特性取決于材料中分子的排列。羅奇與哈佛大學、科羅拉多大學以及桑迪亞國家實驗室和勞倫斯利弗莫爾國家實驗室的合作者發現了一種在一種稱為數字光處理的 3D 打印過程中使用磁場排列分子的方法。

3D 打印又稱為增材制造，可以一層一層地制造物體。在數字光處理中，光被用來精確地將液態樹脂硬化成固體形狀。然而，讓彈性體的分子排列整齊可能很困難。

羅奇說：“對分子進行排列是釋放 LCE 全部潛力并使其用于先進功能性應用的關鍵。”

羅奇和其他研究人員改變了磁場強度，并研究了磁場和其他因素(例如每個印刷層的厚度)如何影響分子排列。這使得他們能夠打印復雜的液晶彈性體形狀，這些形狀在加熱時會以特定的方式發生變化。

羅奇說：“我們的工作為創造以有用的方式對刺激做出反應的先進材料開辟了新的可能性，有可能帶來多個領域的創新。”

這項研究發表在《先進材料》雜志上，得到了美國國家科學基金會和空軍科學研究辦公室的支持。

在《先進工程材料》上發表的相關研究中，羅奇帶領俄勒岡州立大學的學生和桑迪亞大學、勞倫斯利弗莫爾大學和納瓦霍技術大學的合作者組成的團隊探索液晶彈性體的機械阻尼潛力。

機械阻尼是指減少或消散機械系統中振動或振蕩的能量，包括汽車減震器、有助于保護建筑物免受地震影響的抗震阻尼器，以及最大限度地減少風或機動車引起的振蕩的橋梁減震器。

俄勒岡州立大學的學生 Adam Bischoff、Carter Bawcutt 和 Maksim Sorkin 以及其他研究人員證明，一種稱為直接墨水書寫 3D 打印的制造方法可以生產機械阻尼裝置，這種裝置可以在很寬的負載率范圍內有效地消散能量。