仿生学是一门跨学科的研究领域，它模仿生物过程，为复杂的人类问题设计解决方案——结合了金属和聚合物增材制造技术（即3D打印）的发展，已经在生产更耐用的轻质材料和结构方面取得了突破。新加坡ASTAR的科学家们调查研究发现，医学植入材料、汽车和航天部件都将从中受益。
晶格结构如图所示，从上到下的直径分级和空间分级都是统一的标准。图片来源： ASTAR 和 Elsevier
据全球研究机构ASTAR称，铸造和机加工等传统制造工艺并不适合于建造坚固的轻质结构，并且限制了设计的可能性。ASTAR的研究人员发明了一种新方法，使用增材制造技术制造轻质晶体结构，并且提高了其结构的强度和刚度，为制造新型吸水材料和夹层结构开辟了新道路。
此项目由新加坡制造技术研究所（ASTAR）的科学家Stephen Daynes和新加坡国立大学的研究人员合作完成，Stephen Daynes解释说：“此种方法制造的晶格结构优于传统固体材料的结构性能，可用于制造轻质夹层芯、医用植入物材料和具有特殊机械和热性能的特定晶格材料。利用一种新的仿生学方法，我们能够创造出类似于竹子和人类骨骼的细胞和晶格结构。”
研究人员通过结合拓扑和尺寸优化的方法，确定了晶格中被称为等静线的主应力线。由ASTAR发布的新闻指出，这种方法可以调整结构中的每个晶胞的大小、形状和方向，从而显著减少相邻晶胞之间的应力。研究人员称，这种设计方法使晶体刚度提高了172%，强度提高了100%。
Daynes说：“我们的技术可以创造出轻量级的功能梯度晶格，大大提高了增材制造夹层结构的刚度和强度，并且不会增加它们的质量。这些结构特别适合于增材制造过程，因为它们基本不受制造复杂性的约束。”
Daynes说：“我们计划将这种方法应用到三维的应力场中，通过采用空间梯度的晶格产生更新颖、更有效的材料。”
