加州理工学院（Caltech)和NASA喷气推进实验室（JPL）的工程师们受锁甲的启发，开发出一种材料，可以在压力下从可折叠的流体状态转变成特定的固体形状。
该材料具有作为外骨骼的智能织物的应用潜景，或作为在受伤愈合时调整其刚度的自适应石膏，甚至用作可展开和加固的桥梁。根据加州理工学院机械工程和应用物理学的Chiara Daraio教授的介绍，她也是2021年8月11日发表在《自然》杂志上的描述该材料的研究的通讯作者。“我们想要制造可以根据指令改变刚度的材料，”Daraio说。“我们想创造一种以可控方式从柔软、可折叠到刚性和承重的织物。”类似于2005年电影《蝙蝠侠：开战时刻》中的蝙蝠侠披风，它通常是灵活的，但当披着斗篷的十字军战士需要它作为滑翔面时，它可以随意变硬。
Daraio指出，以类似方式改变特性的材料已经存在于我们周围。“想象一下真空密封袋中的咖啡。当仍然包装时，它是固体的，通过一个我们称之为“堵塞”的过程。但一旦你打开包装，咖啡渣就不再互相卡塞，你可以像倒液体一样倒咖啡渣了”她说。
单个咖啡渣和沙粒具有复杂但不连贯的形状，只有在压缩时才会卡塞住。然而，连接环的片材会在压缩和张力下（当推到一起或拉开时）卡在一起。“这就是关键，”Daraio 说。“我们测试了许多粒子，看看哪些粒子既具有灵活性又具有可调刚度，而那些仅在一种压力下卡住的粒子往往表现不佳。”
为了探索哪种材料效果最好，Daraio与前加州理工学院博士后研究员Yifan Wang和前加州理工学院研究生Liuchi Li（19岁博士）一起作为Nature论文的共同主要作者，设计了许多连接粒子的配置，从连接环到连接立方体再到连接八面体（类似于底部连接的两个金字塔）。在加州理工学院为NASA管理的喷气推进实验室首席科学家Douglas Hofmann的帮助下，这些材料是用聚合物甚至金属3D打印出来的。然后，这些配置在计算机中使用来自José E. Andrade小组的模型进行模拟，José E. Andrade是土木与机械工程的教授，也是加州理工学院颗粒材料建模方面的常驻专家。
“颗粒材料是复杂系统的一个很好的例子，在颗粒尺度上的简单相互作用可以导致结构上的复杂行为。在这个锁甲应用程序中，在颗粒尺度上承载拉伸载荷的能力改变了游戏规则。就像有一根绳子可以承受压缩载荷。“模拟这种复杂行为的能力为非凡的结构设计和性能打开了大门”Andrade说。
工程师们施加外部应力，使用真空室压缩织物，或通过放下重物来控制材料的锁定。在一项实验中，一种真空锁紧的锁甲织物能够承受1.5公斤的重量，是织物自身重量的50多倍。机械性能变化最大（从柔韧到坚硬）的织物是颗粒间平均接触次数较大的织物，如链环和正方形，类似于中世纪的锁甲。
“这些织物在智能可穿戴设备中具有潜在的应用：在未卡住时，它们重量轻、柔顺且穿着舒适；在卡住过渡后，它们成为穿戴者身体上的支撑和保护层，”现任新加坡南洋理工大学助理教授的Wang说。
在一个可以展开的桥梁的例子中，Daraio设想将电缆穿过材料，然后收紧以锁定颗粒。“把这些电缆想象成连帽衫上的拉绳，她现在正在探索这种电缆方案和其他可能性。
在所谓智能表面的平行研究中，Daraio与博士后学者Ke Liu和访问学生Felix Hacker一起，最近展示了一种通过嵌入热响应液晶弹性体（LCE）网络来控制表面形状的方法，加热时收缩的聚合物薄片。这些LCE包含可拉伸的加热线圈，可通过电流充电，从而加热线圈并使其收缩。当LCE收缩时，他们拉扯嵌入其中的柔性材料，并将其压缩成预先设计的实体形状。
这项于2021年4月7日发表在《科学机器人学》杂志上的研究成果可能有助于远程协作，其中需要协作的物理部分、医疗设备和触觉（使用技术模拟虚拟现实的物理感觉）。接下来，该团队计划对结构化结构和智能系统的设计进行小型化和优化，使其更接近实际应用。
《自然》杂志的论文名为“Structured fabrics with tunable mechanical properties，具有可调机械性能的结构化织物”。这项研究得到了加州理工学院Foster和Coco Stanback空间创新基金、Facebook和陆军研究办公室的支持。
《科学机器人学》的论文题目是“Robotic surfaces with reversible, spatiotemporal control for shapemorphing and object manipulation，机器人表面具有可逆的、时空控制的形状变形和物体操控”。该研究由国家科学基金会和陆军研究办公室资助。
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