维度网讯，首尔大学（Seoul National University）研究团队开发出一类新型超轻结构材料，通过一种名为3D节点缠绕（3D node winding）的制造方法，构建出介观尺度碳纤维晶格，其强度重量比达到铝级别，但重量仅为铝的百分之一。该成果发表于《自然·通讯》（Nature Communications），展示了一种无需接头或分层组装即可构建强韧轻质结构的新方法，消除了结构设计中用离散部件组装复杂三维形态的关键瓶颈。

对于无人机、机器人、车辆和航空航天系统等应用，高强度、轻质材料至关重要。传统碳纤维复合材料虽具有优异的强度重量比，但通常通过层叠或组装多个部件制成，这限制了设计灵活性并产生薄弱界面。先进的3D打印复合材料也依赖于逐层制造，引入阻碍载荷传递的内部边界，迫使设计者在结构复杂性和机械可靠性之间做出权衡。

研究团队不采用组装或堆叠材料的方式，而是将单根连续碳纤维直接放置在三维空间中定义结构。该过程从一个定义节点几何形状的临时支架开始，将长碳纤维缠绕在这些节点上形成空间晶格网络。几何形状确定后，通过树脂浸渍固结得到固体复合材料。由于纤维在整个结构中保持连续，力可无中断地传递，避免了与接头和界面相关的应力集中和失效点。

新型碳纤维晶格结构实现了10-30兆帕的抗压强度，与混凝土相当，同时以极小的质量提供铝级别的强度重量比。得益于连续载荷路径，这些结构通过更有效地分布力并最小化非活性材料，可比同重量传统晶格结构强达十倍。为验证该方法，研究人员将该结构应用于无人机机架，重新设计的机架相比传统设计减轻了约79%的结构重量，在相同操作条件下飞行时间增加33%。

崔俊英（Jun Young Choi）博士和安成勋（Sung-Hoon Ahn）教授表示，连续纤维架构的空间复杂性限制了其在传统制造中的可扩展性，但随着机器人和AI驱动的制造技术进步，这些结构现在可大规模生产，这项工作为其实用化提供了路线图。该技术的影响遍及航空航天、机动系统、机器人和建筑等多个领域，在航空航天中可提高航程、有效载荷能力和能源效率；在机器人领域可提升驱动速度和精度；在建筑领域为节材型承重框架开辟了途径。该方法支持从基于组件的工程向由几何形状、连续性和自动化制造定义的综合结构系统转变。

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