大多数人都有这样的经历:笔记本电脑的充电器在软线和适配器的连接处断了。这只是一个例子，说明有效地连接硬材料和软材料是多么困难。使用独特的3D打印工艺，代尔夫特理工大学的研究人员制作了混合多材料界面，与自然设计的骨-肌腱连接非常接近。他们的研究结果最近发表在《自然通讯》杂志上，有许多潜在的应用。

　　尽管骨头和肌腱的硬度差别很大，但它们在人体中的交集从未消失。正是这种骨-肌腱连接激发了机械、海事和材料工程学院(3mE)的一组研究人员探索优化人造材料软硬界面的方法。

　　生物材料和组织生物力学教授Amir Zadpoor解释说，每当两个连接的材料之间存在不匹配时，就会导致应力集中。这意味着机械应力会到达连接点，通常会导致较软材料的失效。自然界中可以看到的一种现象是界面的性质会逐渐变化。

　　“硬材料不会突然变成软材料，”扎德普尔说。“它会逐渐变化，从而消除压力集中。”考虑到这一点，研究人员使用不同的几何形状和多材料3D打印技术来增加硬界面和软界面之间的接触面积，从而模仿大自然的设计。

　　另一个设计考虑是软材料在失效前所能承受的力要低于硬材料。该论文的第一作者毛里西奥·克鲁兹·萨尔迪瓦博士说:“只需要让界面和软材料一样坚固，因为如果它更坚固，软材料无论如何都会失效，这是你的理论极限。”

　　与对照组相比，研究人员能够将界面的韧性值提高50%。研究小组表示，接近理论上可能的极限是这项研究的主要贡献之一。但这项研究也产生了一套设计指导方针，用于改善仿生软硬界面的机械性能，这些原则普遍适用。

　　一次完成整个产品

　　该团队开发的技术还可以一次制造出整个产品。这一点很重要，因为含有多种材料的产品通常是通过粘合剂附着的。零件可以组装或机械连接，如汽车或航空航天应用。

　　助理教授Zjenja Doubrovski说:“但是我们试图做的是去掉额外的步骤，把所有的事情一步到位。”“这使得我们有可能将更奇特的材料结合在一起，例如，具有更多阻尼阻力的材料与更坚固的材料相比较。”并且这种组合可以实现更高的适用范围。

　　这项技术可以做很多事情。潜在的应用包括医疗设备、软机器人和柔性设备。但该团队还致力于探索与活细胞的界面，以实现将植入物与周围软组织连接等手术。

　　助理教授Mohammad J. Mirzaali说:“最终，我们想要再生骨骼以及骨骼和肌肉之间的连接。”“这意味着将活细胞整合到这个界面中，这将为结构增加多层复杂性。”最终，这项工作的结果为一系列未来的研究打开了大门。