我们能制造自愈材料吗?

一旦制造出来，材料就不能生长，不能适应，也不能在损坏时自我修复。但是，也许未来的材料能够自我修复。布里斯托尔大学的理查德·特拉斯克正在开发自我修复材料，他首先向伊兹·克拉克解释了一个崭露头角的仿生学家所面临的困难。

理查德:对于像我这样的工程师或材料科学家来说，我认为最大的挑战之一是试图让合成材料具有与生物材料相同的行为方式。所以如果你想想大自然，我们种植的材料会适应它们所处的环境。我们探索不同的材料系统，无论是肌腱还是你的眼睛。我们的合成材料要做到这一点还有很长的路要走。目前，我们可能会采用不同的材料系统并将它们连接在一起，这在处理方面通常是非常不成熟的，也不是很优雅。

Izzie -这是很多研究人员都遇到的问题。在自然界中，无论是我们人类，鸟类还是植物，如果我们受伤或割伤，我们聪明的身体能够自愈。但技术和工程没有这种奢侈。这是理查德希望解决的问题。

我们一直在做的研究是寻找用于航天结构的自热材料。所以如果你能想象，你在飞机上飞行，有东西撞击了机翼或机身，一开始，你不会看到损伤但是在这些先进材料的内部会有很多基质材料的断裂或纤维的断裂。所以自我修复网络的想法是能够恢复内部结构的性能。我们会观察血管网络并将它们嵌入到结构中。因此，血管网络类似于你我体内的静脉和动脉，也类似于你在植物系统中看到的血管网络，其唯一目的是将液体输送到受损部位，使受损部位得以愈合，使结构恢复到100%。今天设计的飞机并不一定是设计出来的
任何形式的损坏。所以就像我们现在站在这里，或者坐在这里你不会在飞机结构上找到一个血管修复网络系统但它肯定是所有飞机制造商都在考虑的未来可能包含的东西。

伊兹-如果飞机内部发生故障，情况就是这样。像欧洲航天局这样的大公司已经研究过了。但如果有一个洞一直穿过呢?

Richard:我在美国伊利诺伊大学的一些同事正在研究如何用一种液体来弥合裂缝。所以如果我们要在结构上打一个洞那么实际上血管网络可以输送树脂这样它就可以慢慢地穿过表面然后完全填满那个洞以确保材料的连续性。

伊兹-让我们来看看我们自己的血管系统。由于我们的心脏，血液被泵送到全身，研究人员正在为这些飞机探索类似的系统。将有一个中心位置，可以在任何损坏发生时检测到。将树脂泵到受损区域，然后填充系统中的洞或裂缝。但相对于僵化的系统，我们的一个优势是，我们可以移动和适应。

理查德:材料界现在的发展方向是研究材料系统如何对所处的环境做出反应，从而进行真正的改造。所以现在人们对4D打印的世界很感兴趣。这是利用3D打印技术，引入一种智能材料，这种材料在打印出来之后，可以对环境做出反应，改变其形状或特性。

Izzie -现在我们中的一些人已经开始关注3D打印:打印3D结构的能力。那么什么是4D打印呢?

Richard - 4D打印，从本质上讲，是一种智能材料，这种智能材料可以是一种形状记忆聚合物或形状记忆合金，甚至是一些更柔软的东西，一种基于水凝胶的系统。但我们的想法是，你可以通过使用3D打印机来引入它们。所以你必须对打印过程做一些改变，但是一旦你把这些材料放入你的建筑中，你就有能力利用水合作用或脱水作用或温度来触发材料自身的变化。所以你打印出来的建筑会随着这些材料的变化而变化。

Izzie -使用这个过程，你可以加水或减水，改变材料的温度。然后它就会移动或改变形状。但我们为什么需要这项技术呢?

理查德:如果你想一下我们对人体可能需要什么，那么我们会想要一些柔软的结构，基本上可以通过锁眼手术，然后扩大并填补我们体内的空隙或空洞，从而修复它。这在某种程度上和髋关节置换术很相似。但目前，这是用一个非常坚硬的金属结构来完成的，它穿过骨头，把它融合在你的骨头里。但是4D材料作为一种柔软的结构实际上可以进入并渗透到骨骼结构中。

另一个例子是如何在软机器人中使用它。再一次思考软体机器人的未来将如何远离这些关节。我们可以使用柔软的材料，它们可以根据你想让它们折叠和弯曲的地方来适应和重塑自己。对于我们人类来说，你看到的是特定的关节，比如手腕和肘部，但在未来，也许机器人希望有一个灵活的关节。你可以想象它实际上可以像章鱼一样，它有能力改变它折叠的位置和关节的位置，所以4D打印可以让你制作一个结构，你可以在任何位置定制和设计关节，然后它可以移动或重塑自己，在不同的区域形成一个关节。因此在软机器人领域具有广阔的应用前景。