近來，力學(xué)研究所蘇業(yè)旺研究員團(tuán)隊提出了可拉伸拉鏈力學(xué)結(jié)構(gòu)設(shè)計，消除了拉鏈在實現(xiàn)拉伸過程中面臨的傳統(tǒng)鏈牙沿長度方向排列的緊密性要求與可拉伸拉鏈的拉伸性需求之間的矛盾，解決了拉鏈交叉布置時重疊區(qū)域抗干擾能力不足和無法閉合的難題。該研究成果分別以“Stretchable zipper”和“Crossed stretchable zipper”為題近期發(fā)表于新興國際學(xué)術(shù)期刊《Soft Science》。
 

　　可拉伸拉鏈基于仿生力學(xué)結(jié)構(gòu)設(shè)計。鏈牙能夠通過交錯的匙狀結(jié)構(gòu)實現(xiàn)互鎖，憑借縫合連接機制限制垂直于互鎖面的分離，并依靠鉤-槽拉伸限制器避免拉伸時鏈牙間距離過大導(dǎo)致互鎖結(jié)構(gòu)失效(圖1)。拉鏈應(yīng)變可達(dá)25%，最大超出了現(xiàn)有拉鏈的200%。同時，新型拉頭結(jié)構(gòu)保證可拉伸拉鏈能夠在全應(yīng)變區(qū)間內(nèi)無論兩側(cè)鏈帶應(yīng)變是否相同均能順利開合(圖2)。此外，交叉適配器通過子零件間的互鎖實現(xiàn)拉鏈交疊區(qū)域的拉合，并依靠子零件間的扣-槽結(jié)構(gòu)和縫合連接機制抑制互鎖后交叉適配器的結(jié)構(gòu)失效(圖3)。交叉適配器與可拉伸拉鏈的結(jié)合實現(xiàn)了在保證可拉伸性的前提下拉鏈的交叉化布置。新型拉頭保證了交叉可拉伸拉鏈交疊處開合狀態(tài)的順利切換。在偏癱康復(fù)可穿戴系統(tǒng)和傷口閉合中的應(yīng)用表明，可拉伸拉鏈在適應(yīng)拉伸和增強貼合性方面具有顯著優(yōu)勢，能夠明顯降低對相應(yīng)部位附近形變的約束(圖4)。同時，基于交叉可拉伸拉鏈的模塊化封裝方案也可使電子器件部署門檻大大降低，可以推動智能可穿戴系統(tǒng)的個性化，普及化發(fā)展?？衫炖溤O(shè)計的提出，是實現(xiàn)智能可穿戴系統(tǒng)完全可拉伸化的最后一塊拼圖，有很好的產(chǎn)業(yè)化前景。
 

　　相關(guān)工作在《Soft Science》上已發(fā)表兩篇論文，第一作者為中國科學(xué)院力學(xué)研究所研究生王梵名，通訊作者為蘇業(yè)旺研究員；合作者包括力學(xué)所研究生李沁藍(lán)、王之桐副研究員、馮春高級工程師。該工作得到了來自國家自然科學(xué)基金委和中國科學(xué)院的項目支持。

 

圖1. 受生物啟發(fā)的可拉伸拉鏈
 

圖2. 可拉伸拉鏈的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)設(shè)計及雙邊非等效互鎖過程
 

圖3. 交叉可拉伸拉鏈的交叉適配器和拉頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計
 

圖4. 在智能可穿戴系統(tǒng)和醫(yī)療設(shè)備中的應(yīng)用