IMDEA材料研究所与中国西北工业大学、中国科学院、北京大学及南方科技大学的联合研究团队,在机械超材料领域提出创新设计方法。这项发表于《自然通讯》的研究展示了一种不规则生长策略,通过无序结构材料实现静态机械隐形和伪装功能。
机械超材料的特性主要由几何构造决定,而非材料成分。传统设计多采用周期性结构,而自然界中的生物材料如骨骼和昆虫翅膀却展现出不规则结构的优异机械性能。受此启发,研究团队开发的不规则生长策略突破了传统设计思路,使材料内部空隙能够表现出类似固体的力学行为,甚至模拟其他形状的机械响应。
机械隐形技术可使材料内部的缺陷或空腔在承受载荷时不被察觉,伪装功能则能让一个结构模仿另一个结构的机械特性。研究团队通过概率增长规则组装具有可变刚度的基础单元,构建出能够在复杂边界条件和不同空隙形状下保持性能的机械斗篷结构。该不规则生长策略形成的框架结构在非均匀负载或不规则环境中均表现出稳定的伪装能力。
研究人员利用3D打印技术制备原型,通过实验验证了模拟结果与实测数据的一致性。该不规则生长策略的应用已扩展至三维领域,在软体机器人技术中,伪装功能可帮助组件隐藏结构特征;在生物医学设备领域,材料能够模拟人体组织的触觉反应。这种基于不规则生长策略的设计方法还可应用于振动控制、隧道加固和触觉反馈等技术领域。
该研究突破了传统变换光学方法在静态力学领域的局限性,首次实现了不同空隙形状间的相互伪装。不规则生长策略为机械超材料设计提供了新方向,推动了隐形与伪装技术的实际应用。
更多信息: 周阳等,《静态机械隐形与无序伪装》,《自然通讯》(2025)。期刊信息: 《自然通讯》












