科创中国报道：将冲击力化为无形 仿生材料开启无限可能

摘要： 在日常生活中，从轻微的磕碰到激烈的对抗，再到重大的碰撞事故，冲击与震动无处不在，对我们的生活与安全构成潜在威胁。然而，一...

在日常生活中，从轻微的磕碰到激烈的对抗，再到重大的碰撞事故，冲击与震动无处不在，对我们的生活与安全构成潜在威胁。然而，一项名为“ACF（即人工软骨仿生吸能技术）”的科技成果正悄然改变这一现状。

近日，该技术荣登2023年“科创中国”先导技术榜单，并已广泛应用于从日常装备到多个行业领域，展现出强大的防护与缓冲能力。该技术的发明人，佛山林至高分子材料科技有限公司软谷实验室的王博伟，通过“科创中国”平台分享了这一技术的核心优势与发展历程，为我们揭示了这一“软骨奇迹”背后的故事。

ACF人工软骨仿生吸能材料发明人王博伟

心怀“小家”与“大家”

仿生材料开启科研之路

人工软骨仿生吸能技术（ACF）是研究并模仿人体关节软骨的微纳米结构，在20到200纳米之间设计和调整分子结构，使其无限的接近于人的软骨构造，从而发明的仿生吸能技术。ACF技术制备的人工软骨仿生吸能超材料，能吸收97.1%的冲击力，瞬间将冲击能量转化为不明显的热能，最大限度地保护人体及贵重物品、重大装备等减小冲击力伤害。新材料不同于传统缓冲材料通过压缩形变和破裂吸收能量，性能与材料的薄厚程度无关，从而显著提高了材料使用的灵活性与便捷性。

作为技术的发明人，王博伟并非材料学科班出身，他大学本科主修法学，接触高分子材料试验始于刚毕业时入职了一家化学材料企业，这段经历为他打开了新世界的大门。当时，在抗冲击防护材料领域，国外长期处于领先地位，形成了一定技术垄断。这不仅限制了国内相关产业的发展，还在一些关键应用场景中迫使国内企业不得不依赖进口材料，面临成本高、供应不稳定等问题。

2006年，王博伟怀着打破国外垄断的决心，租下了一间小型实验室。回想起小时候奶奶因年轻时关节软骨问题导致的残疾，摔倒在地不能移动的情景，他决心将研究方向瞄准了可以内置的、无限接近于人体关节软骨构造的仿生材料。从2006年3月到2011年6月，团队在仿生、力学、高分子、物理、化学、生物、超材料等跨学科研究的基础上，不断调整材料的配方、工艺和结构，精确控制并调整其微纳米结构。经过近12000余次的试错性试验，他们终于制备出较接近于人体软骨的三维超微结构。

然而，问题出现了——由于材料不能分泌滑液导致摩擦不久就消失了，这样的摩擦性显然是无法用于内置的。正当团队感到失落时，他们意外地发现这款材料在缓冲吸能方面却表现出色，甚至对比其他材料有倍数级别的增强。“既然不能内置，那就拿出来外用”，抱着这样的想法，团队开始将材料用于冲击、振动问题的解决上，后来陆续拓展至人体防护、芯片防振、物品防摔、工业减震等等领域。王博伟笑着说，“技术的诞生就像是个意外，就像上帝给你关了一扇门的同时打开了一扇窗。”

科研不止“意外”

还有坚持而来的“必然”

科研之路充满了挑战与不确定性，其中的“意外”情况时有发生。2007年底，团队研发出了同时具有高开孔率和高支撑性，并拥有优秀透气抗菌功能的人工软骨透气泡沫材料。高开孔率和高支撑性这两个特点本身是互相对立的，而团队在反复试验中偶然间解决了这一矛盾。而后，在原本计划做吸能材料的研究过程中，他们又“无意识地”做出了内部有几十万个弹簧的人工弹簧泡沫材料，开辟了其解决振动问题的新思路。

王博伟正在进行技术讲解。

并非仅靠幸运，还有坚持而来的“必然”。人工软骨仿生吸能技术是个跨学科的研究领域，涉及仿生学、力学、化学、生物、超材料等众多学科知识，且不同行业领域对材料性能要求和使用环境也存在巨大差异，诸如如何将各学科融会贯通，深入理解材料的吸能原理并在此基础上进行创新的技术原理方面挑战，及如何有针对性地优化或定制化提高材料某类防护性能来适应不同应用场景的挑战层出不穷。为此，团队积极开展跨学科的交流与合作，邀请不同领域的专家学者参与项目讨论和研究，同时与上海大学、暨南大学、广州体育学院、南方医科大学等高校、科研机构建立联合实验室或联合应用基础研究项目，充分发挥高校的实验理论优势，共同开展基础研究和应用研究，并在此基础上不断创新，从思维和理论的创新到技术创新、从产品创新到市场价值的创新。他们深入了解行业特点，针对不同行业需求组建专项研发组，通过大量模拟实验和实地测试改进和优化材料性能，成功拓展了更多应用场景。王博伟形容这一路就如同“在未知的海域航行，处处充满挑战和不确定性”。但团队始终专注于创新驱动，“一根筋”地把技术研发放在首位，王博伟坚信，只有始终保持技术领先，时刻关注需求变化并随之不断创新，才能在激烈的市场竞争中立足。

从此，这项技术如同一位无所不能的“软骨英雄”，在各个领域大显身手。每一次的冲击与震动，都被这位“软骨英雄”默默化解。

拓展应用场景

让创新成果走向“应用场”

近年来，我国新材料领域发展日新月异，应用场景逐渐广泛，政府对科技创新的支持力度不断加大，推动了众多新材料企业的成长和进步。

据了解，ACF人工软骨仿生吸能材料已应用于人体防护、工业减振、轨道交通等八大领域，在体育、汽车、电子、航空航天等行业均有涉猎。据悉，团队已与华为公司展开合作，针对芯片因冲击、振动可能导致的芯片报废、故障等问题，将ACF人工软骨仿生吸能材料融入服务器芯片的封装和防护结构中，通过在芯片中以及芯片与电路板之间添加ACF垫片，在服务器外壳内部设置ACF减震层等方式降低问题发生的可能性。经过实际应用测试，采用ACF材料的华为服务器芯片在振动和冲击环境下的故障率明显降低，芯片的稳定性和可靠性得到了显著提高，同时还降低了服务器在运输过程中的损坏风险。另外，在北京冬奥会的冰雪项目中，ACF人工软骨仿生吸能材料也大放异彩。在会上它被运用到雪场的防护装备中，让运动员在高速状态下也不会轻易受伤，不仅为运动员提供了防摔保护，还让他们在比赛中更加自信地驰骋。而在工业领域，这项技术更是被广泛应用于减振降噪、物品防摔等方面，为企业节省了大量成本，提高了生产效率。

不仅如此，ACF人工软骨仿生吸能材料还在不断拓展新的应用场景。从建筑行业到机器人行业，从电子产品到医疗器械，它的身影无处不在。每一次的创新与应用，都让这项技术更加成熟、更加完善。

多学科深度融合

让新材料创造无限可能

王博伟和他的团队正在进行沟通。

面对新材料行业的激烈竞争和快速发展，王博伟和他的团队始终保持清醒的头脑和坚定的信念。他们深知，只有不断创新、不断突破，才能在激烈的市场竞争中立于不败之地。

王博伟认为，未来仿生吸能材料领域将更加注重多学科的深度融合，除了现有学科的交叉，还将融入计算机科学、人工智能等领域的知识与技术，并且随着研究的深入，对材料微观结构的精准调控将成为关键技术趋势，市场对于仿生吸能材料的需求也将更趋向于高性能、多功能、可持续发展的集成，来满足更多行业复杂多样的应用需求。

据他介绍，公司将继续加大研发方面的投入，紧跟技术趋势不断探索创新，以现有应用领域为基础进一步拓展场景市场，也将深化与上下游企业的合作形成更加紧密的产业链。

展望未来新材料行业研发和迭代的进程，王博伟认为，在技术研发层面可以扩大基础研究投入，进一步推动跨学科合作、建立开放创新平台；在人才培养方面持续引进和培养高端人才，加强国际人才交流；在产业发展层面加强产业链协同创新，坚持推动产业集群发展，加快国产材料替代进程；在政策支持层面期待国家加大政策扶持力度，加强知识产权保护，完善标准体系建设。他坚信，新材料行业的未来拥有无限的可能性，他的梦想如同团队的愿景，ACF将持续创造并守护，用更符合人类需要和时代发展的材料支撑生命与未来之路。