研究人員通過張拉整體性（Tensegrity）設計原則，將孤立的剛性桿集成到柔性的繩索網格中形成一種非常輕便的自張緊桁架結構。然后從950納米直徑的元件開始，使用先進的直接激光寫入技術來生成尺寸在10-20微米的基本單元，制成由八個單元構成的超級單體，這些單體可以組裝形成連續的結構。

研究人員通過建模和實驗觀察到，這些構造表現出了獨特的均勻變形行為，而沒有局部應力過大或利用不足的現象。研究顯示，新的超材料的可變形性提高了25倍，其能量吸收能力比最好的晶格排列提高了一個數量級。

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張拉整體結構已經被研究了幾十年，尤其是在建筑設計領域，最近在許多生物系統中也發現了它們的存在。幾年前，佐治亞理工學院的Julian Rimoli才在理論上對適當的周期性張力晶格進行了概念化。正是通過該項目，該研究團隊實現了對這些超材料的首次物理制造和性能演示。

這種基于微米級桁架和格柵的極輕便但具有很好強度和剛度的傳統結構可以通過增材制造技術來制造，具有替代飛機、風力渦輪機葉片和許多其他應用中較重結構的潛力。盡管這種材料具有許多理想的品質，但它們也像任何承重結構一樣，在過載的情況下仍然易于遭受災難性破壞。

在納米結構材料中，失效通常始于高度局部的變形。一個區域內的剪切帶、表面裂縫以及壁和支柱的屈曲會引起連鎖反應，從而導致整個結構坍塌。研究人員解釋說，當受壓構件屈曲時，桁架格柵開始坍塌，因為受拉的桁架無法承受。通常，這些部件在公共節點處互連，這意味著一旦失效，損傷會迅速擴散到整個結構中。

基本單元以及由多個單元構成的超級單體

相反，張拉整體結構的壓縮構件形成閉環，彼此隔離，僅通過拉伸構件連接。因此，受壓構件的不穩定性只能通過拉伸載荷路徑傳播，如果不斷裂，則不會經歷不穩定性。向下壓拉張整體系統，整個結構將均勻受壓，防止局部損壞，否則將導致災難性的破壞。

借助3D打印開發的超材料進行壓縮試驗

張拉超材料顯示出前所未有的抗破壞性、極好能量吸收性、可變形性和強度，勝過了所有其他類型的最新輕型結構。該團隊的研究為高級工程系統的設計提供了重要的基礎，從可重復使用的沖擊防護系統到自適應的承重結構。

該研究得到了美國宇航局（NASA）和國家科學基金的資助，相關論文《Tensegrity Metamaterials: Toward Failure‐Resistant Engineering Systems through Delocalized Deformation》已在Advanced Materials期刊上發表，論文已上傳QQ群。