研究人员最近开发了一种灵活而坚固的变形结构，其灵感来自海星骨骼，具有 4D 变形特征，在机器人、航空和医疗设备方面具有广阔的应用前景。

德国不来梅应用技术大学生物结构与仿生学工作组的博士生拉曼说道：“海星通过改变内骨骼的硬度，拥有毫不费力地保持任何身体姿势的非凡能力。”

听小骨是海星体内的方解石微结构，由胶原纤维连接成网络，形成内骨骼。这种坚固而简单的结构使它们能够以最少的能量消耗保持各种身体姿势。

拉曼先生说：“我们对这种用生物学方法解决复杂工程问题的方法非常着迷。我们的目标是揭开它们复杂骨架的秘密，并将这些原理转化为具有类似卓越性能的新型材料。”

Raman 先生及其团队在这个项目上采用了多学科方法。他们利用高分辨率 X 射线 CT 扫描可视化了海星骨骼结构，并使用数学模型(有限元分析和多体模拟)了解骨骼成分之间复杂的相互关联力学。

“这是我们首次能够展示海星骨骼的复杂三维结构和小听小骨的精细超微结构，”拉曼先生说。“现在，我们已将这些见解用于我们自己的变形结构的仿生设计过程，并结合快速成型技术进行制造。”

Raman 先生和他的团队利用 3D 打印技术制作了不同的工作原型，这些原型可以完成一系列令人印象深刻的物理挑战。“我们专利的受海星启发的变形结构具有自锁、连续弯曲、自修复和形状记忆功能，”Raman 先生说。

这种变形结构的可扩展性、低成本和相对容易制造为工业应用提供了许多机会，包括机器人、航空以及假肢和植入物等生物医学设备。

该研究由德国联邦教育与研究部 (BMBF) FHprofUnt 2018 计划、项目编号 13FH150PX8 (JHD, SL) 和不来梅应用技术大学博士奖学金 (R) 资助。

该研究将于 2024 年 7 月 2 日至 5 日在布拉格举行的实验生物学会年会上发表。