在德州農工大學和桑迪亞國家實驗室的合作中，研究人員顯著改進了一種新的連接技術，即互鎖超表面（ILM），與螺栓和黏合劑等傳統技術相比，該技術旨在提高結構的強度和穩定性，使用形狀記憶合金（SMA）。

ILM 提供了改變航空航太、機器人和生物醫學設備製造中的機械接頭設計的潛力。

德州農工大學材料科學與工程系教授兼系主任 Ibrahim Karaman 博士表示：“ILM 準備重新定義一系列應用的連接技術，就像幾十年前 Velcro 所做的那樣。”

「透過與 ILM 的原始開發商桑迪亞國家實驗室合作，我們設計並製造了 ILM形狀記憶合金。我們的研究表明，這些 ILM 可以根據需要選擇性地脫離和重新接合，同時保持一致的接頭強度和結構完整性。

研究結果可見於材料與設計。

與樂高積木或尼龍搭扣類似，ILM 透過傳遞力量和約束運動來連接兩個物體。到目前為止，這種連接方法一直是被動的，需要用力進行接合。

使用 3D 列印，團隊透過整合形狀記憶合金 (SMA)（特別是鎳鈦）來設計和製造主動 ILM，這種合金可以透過改變溫度而變形後恢復其原始形狀。

透過溫度變化控制連接技術為智慧、自適應結構開闢了新的可能性，而不會損失強度或穩定性，並且增加了靈活性和功能性的選擇。

「主動 ILM 有潛力徹底改變需要精確、可重複組裝和拆卸的行業中的機械接頭設計，」該研究所的研究生研究助理 Abdelrahman Elsayed 說。材料科學和德州農工大學的工程系。

實際應用包括設計可重新配置的航空航天工程組件，其中零件必須多次組裝和拆卸。主動ILM還可以為機器人增強功能提供靈活且適應性強的關節。在生物醫學設備中，根據身體運動和溫度調整植入物和義肢的能力可以為患者提供更好的選擇。

目前的研究結果利用 SMA 的形狀記憶效應，透過加熱來恢復 ILM 的形狀。研究人員希望在這些發現的基礎上，利用 SMA 的超彈性效應來製造能夠承受大變形並在非常高的應力水平下立即恢復的 ILM。

Karaman 表示：“我們預計，將 SMA 融入 ILM 將開啟眾多未來應用，但仍存在一些挑戰。”

「在複雜的3D 列印ILM 中實現超彈性將能夠實現結構剛度的局部控制，並有助於以高鎖定力重新連接。此外，我們希望這項技術能夠解決與極端環境中的連接技術相關的長期挑戰。

其他貢獻者包括 Wm Michael Barnes '64 工業與系統工程系副教授 Alaa Elwany 博士以及工業系統和系統工程系的博士生 Taresh Guleria工程部。

更多資訊：Abdelrahman Elsayed 等人，由形狀記憶合金實現的主動互鎖超表面，材料與設計（2024）。DOI：10.1016/j.matdes.2024.113137