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  Kirigami（剪紙藝術(shù)）是一門古老的藝術(shù)，通過巧妙地切割和操縱一張紙，可以創(chuàng)造出迷人的裝飾品。目前，這種藝術(shù)形式已經(jīng)逐漸發(fā)展成為一種設(shè)計和制造框架，能夠創(chuàng)造不同規(guī)模的多功能材料和結(jié)構(gòu)。通過巧妙地設(shè)計幾何狹縫，簡單的二維薄板可以在外界刺激下轉(zhuǎn)化為復雜的三維結(jié)構(gòu)，具有獨特的可編程力學性能。許多基于Kirigami的可穿戴電子器件忽視了動態(tài)力學性能設(shè)計的重要性，針對動態(tài)沖擊載荷下的力學響應(yīng)研究較少。隨著人們安全意識的不斷提高，對可穿戴防護設(shè)備的需求也隨之增加。在一些研究中，Kirigami結(jié)構(gòu)被證明是抗沖擊設(shè)計的理想選擇。然而，目前應(yīng)用于抗沖擊領(lǐng)域的Kirigami結(jié)構(gòu)往往為剛性結(jié)構(gòu)，這與可穿戴設(shè)備設(shè)計中對柔性和適應(yīng)性的要求是背道而馳的。

  為了解決這一矛盾，中國科學技術(shù)大學龔興龍團隊受自然界中穿山甲防護策略的啟發(fā)，將Kevlar、導電剪切變硬彈性體（c-SSE）和PET結(jié)合在一起，基于Kirigami結(jié)構(gòu)，開發(fā)了一種柔性智能復合材料（Kiri-Kevlar）。Kiri-Kevlar具有優(yōu)異的力學性能，并且可以在2D和3D模式之間無縫轉(zhuǎn)換。3D結(jié)構(gòu)化Kiri-Kevlar的結(jié)構(gòu)剛度與c-SSE應(yīng)變率敏感特性協(xié)同作用，實現(xiàn)了高沖擊能量耗散功能。當人體受到?jīng)_擊，身體的潛意識動作（如蜷曲或彎曲四肢），會迅速觸發(fā)Kiri-Kevlar的三維結(jié)構(gòu)激活，從而抵御沖擊。此外，可穿戴的Kiri-Kevlar可以基于其力-電耦合機制實現(xiàn)人機交互，為新一代智能防護設(shè)備提供了思路。相關(guān)研究成果以 “Subconsciousness-triggered” human body defensive strategy: Bi-stability intelligent joint with bionic kirigami structure 為題，發(fā)表在國際Top期刊Composites Part B: Engineering上。論文的第一作者為中國科學技術(shù)大學工程科學學院博士生周建宇，通訊作者為龔興龍教授、王勝副教授。 

圖1 摘要圖

圖2 Kiri-Kevlar制備工藝與結(jié)構(gòu)變形示意圖

圖3 軸向載荷下Kiri-Kevlar的結(jié)構(gòu)演化研究

圖4 Kiri-Kevlar在壓縮加載下的力學行為

圖5 Kiri-Kevlar的動態(tài)力學響應(yīng)研究