台湾大学的研究团队受骨骼和竹子结构启发，开发出一种新型仿生复合材料，在保持高强度的同时显著提升韧性。通过人工智能、数值模拟以及多材料3D打印，他们发现：在裂纹或缺口附近引入软层，可以有效抑制灾难性断裂。

自然界经过数百万年的演化，形成了兼具高强度与高抗断裂能力的材料体系。比如，骨骼能够在不发生突然断裂的前提下吸收大量能量；竹子则依靠沿截面逐渐变化的结构来抵抗弯曲和外力。这些特性为工程材料设计提供了重要灵感。基于此，台湾大学研究人员提出了一种融合骨骼与竹子设计理念的仿生复合材料方案。

研究团队构建了由刚性区域与软性区域组成的混合复合材料，并通过精确控制这些区域的梯度分布来调节整体性能。借助计算机模拟，他们系统分析了不同层状排列方式对裂纹扩展路径和断裂行为的影响。结果显示，将较柔软的材料层布置在裂纹或缺口附近，反而能够在不牺牲强度的前提下提升材料的韧性。这一成果已发表在《复合材料B辑：工程》期刊上。

传统观点认为，软材料往往会削弱结构整体承载能力。然而，该研究表明，如果在应力集中区域有策略地引入柔顺层，就可以重新分配局部应力，减缓裂纹的扩展速度。裂纹不再沿最短路径直线贯穿结构，而是被迫偏转，沿更加曲折的路径前进，从而使材料在最终断裂前能够吸收更多能量。

为加速优良结构设计的筛选过程，团队还构建并训练了一个人工智能模型，用于预测大量潜在材料配置的力学表现。尽管训练数据集规模相对有限，该模型仍成功捕捉到更大设计空间中强度与韧性随结构变化而呈现的总体趋势，为后续设计优化提供了高效工具。

在完成模拟与AI预测后，研究人员利用多材料3D打印技术制备了若干代表性设计样件，并通过实验测试验证了理论结果。打印得到的复合材料样品在断裂阻力和能量吸收能力方面均表现优异，证实了仿生梯度结构设计策略的有效性。

这项研究展示了如何将自然界的结构设计原理与人工智能和增材制造技术相结合，从而加速新一代轻质、抗损伤结构材料的开发。未来，这类仿生复合材料有望应用于防护结构、航空航天构件、机器人系统以及其他对机械可靠性要求极高的工程部件中。

台湾大学土木工程系教授、论文通讯作者之一张树伟博士表示：“自然依靠精细的结构渐变，而不是完全均质，来实现优异的力学性能。受骨骼和竹子的启发，我们发现，在局部区域有意识地引入软性层，能够显著提升结构复合材料的断裂阻力。”