想象一下，你正在用乐高积木盖一座房子。如果你把所有的积木都朝同一个方向堆叠，墙壁可能会非常坚硬，但如果你从错误的 l 角度推它，它可能会瞬间断裂。现在，想象一下，如果你能告诉正在盖房子的机器人，在某些地方要把积木堆得非常笔直以承受重压，但在角落里则切换成一种混乱、杂乱的堆叠方式，以吸收冲击并阻止裂纹蔓延。这就是复合材料的世界——由将强韧的纤维（如微小的碳丝）混合进较软的胶水（如塑料树脂）而制成的结构。长期以来，工程师们认为制造这类材料的最佳方法是将每一根纤维都与受力的方向完美对齐，就像士兵齐步走一样。但如果这种完美的秩序实际上过于僵硬了呢？如果加入一些“混沌”会让结构变得更坚韧呢？这就是研究人员正在提出的重大问题：我们如何设计出不仅具有刚性，而且足够聪明、能够弯曲而不折断的材料？
在这项研究中，来自迈阿密大学的一个研究小组决定不再试图让一切都变得完美对齐，而是尝试了一种“双态”方法。他们开发了一种全新的 3D 打印短纤维复合材料的方法，能够在同一个物体内部策略性地混合两种不同类型的纤维排列方式。通过一个他们命名为 Bi-Slice 的巧妙计算机程序，他们首先精确计算出力量会作用在部件的哪些位置。在力量强劲且方向明确的区域（例如直线拉伸），他们将纤维以完美的直线排列进行打印，以承载负荷。但在那些受力复杂或来自多个方向的棘手部位（例如孔洞或转角处），他们则切换到“随机”模式，以一种混乱、扭曲的图案来打印纤维。
结果出人意料地有效。通过测试这些 3D 打印部件，该团队发现这种混合策略改变了游戏规则。与所有纤维都朝一个方向排列的部件，以及所有纤维都随机混合在一起的部件相比，他们的“双态”部件在断裂前能承受大约 20% 更多的重量，并在碰撞或弯曲过程中吸收大约 17% 更多的能量。事实证明，最强大的结构并不总是那个拥有最完美秩序的结构；有时，它是一个知道何时该有序、何时该让一点点混沌接管的结构。研究人员甚至免费发布了他们的计算机代码，以便任何人都可以尝试设计这些超强韧的混合材料。