利用高度可变形材料丰富的非线性动力学，有可能解锁下一代功能性智能材料和设备。然而，释放这种潜力需要有效的策略来在非线性动态制度下空间工程材料架构。
近日，哈佛大学Katia Bertoldi等人引入一个反设计框架来实现具有目标非线性动态响应的柔性机械超材料。所需的动态任务是通过全尺寸超材料几何形状的优化调谐，通过由完全可微模拟环境提供动力的反设计方法进行编码。通过部署这样的策略，机械超材料被定制为能量聚焦，能量分裂，动态保护和非线性运动转换。此外，设计框架可以扩展到自动发现能够在不同动态任务之间切换的可重新编程架构。例如，在一个架构中编码了两个强烈竞争的任务——能量聚焦和动态保护，使用静态预压缩在这些行为之间切换。所发现的设计经过物理实现和实验测试，证明了工程任务的鲁棒性。该方法为设计材料开辟了一条未开发的道路，具有量身定制的类似机器人的可重新编程功能。研究成果以题为“Automated discovery of reprogrammable nonlinear dynamic metamaterials”发表于《Nature Materials》上。
图1：可编程非线性动态超材料的自动化设计。
图2：能量聚焦。
图3：重编程聚焦位置。
图4：重编程功能。
图5：非线性运动转换。
Bordiga, G., Medina, E., Jafarzadeh, S. et al. Automated discovery of reprogrammable nonlinear dynamic metamaterials. Nat. Mater. (2024).
https://doi.org/10.1038/s41563-024-02008-6
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