Non-invasive measurement of local stress inside soft materials with programmed shear waves
本文提出一种基于声弹性成像的方法，通过测量编程声辐射力诱导的剪切波速度，在未知材料本构参数的情况下无损推断软材料局部应力，并在水凝胶和骨骼肌中验证了其应用潜力。
2025-06-04 cond-mat.soft physics.app-ph
Mechanical stress induced by the polymerisation of an active gel near a surface
Institut Curie, PSL Research University, CNRS UMR 168（居里研究所，PSL研究大学，CNRS联合研究单位168）
研究细胞膜下细胞质骨架中肌动蛋白流动引起的机械应力机制，通过流体动力学模型分析凝胶压缩性、界面摩擦和肌动蛋白周转对膜应力的影响，确定线性不稳定性条件。
2026-05-12 cond-mat.soft q-bio.SC
Elastic stresses reverse Ostwald ripening
当液滴在聚合物网络中成核和生长时，压缩应力可以显着增加其内部压力，达到远远超过拉普拉斯压力的值。当液滴在具有刚度梯度的聚合物网络中生长时，网络的相对刚性区域中的液滴倾向于溶解，有利于液滴在较软区域中的生长。在这里，我们表明，这种弹性成熟可以强大到足以扭转奥斯特瓦尔德成熟的方向：大液滴可以收缩，以养活更小的增长。为了对这些实验进行数值模拟，我们将弹性成熟理论推广到溶解度梯度和机械刚度梯度。
2020-04-10 cond-mat.soft
Crosslinker mobility governs fracture behavior of catch-bonded networks
虽然大多数化学键在机械力的作用下会减弱（称为滑动键行为），但自然界已经开发出相反的键：它们的寿命随着力的施加而增加。虽然这种捕获键已经在单分子水平和粘合剂接触中进行了相当广泛的研究，但最近的工作表明，它们也大量存在于肌动蛋白细胞骨架中作为交联剂。然而，它们在这些网络中的作用和运作机制仍不清楚。在这里，我们提出了计算机模拟，显示如何与滑移或捕获键交联的聚合物网络响应机械应力。我们的研究结果表明，捕捉键合可能需要保护动态网络的断裂，特别是移动链接器，可以自由扩散后解绑。虽然移动滑动粘结导致在高应力下非常弱的网络，但移动捕获粘结在高应力区域中积累，从而稳定裂纹，导致更具延展性的断裂行为。这允许细胞将低应力下的结构适应性与高应力下的机械稳定性相结合。
2022-09-25 cond-mat.soft
Collective mechano-response dynamically tunes cell-size distributions in growing bacterial colonies
本研究通过细胞分辨模型揭示了集体机械应力会降低生长中细菌的伸长率并改变菌落结构，预测了不同生长速率菌株间的机械交叉响应会影响其大小分布。
2023-11-23 cond-mat.soft
Stress tensor field and mesoscopic stresses in the vertex model for tissues
Universidad de Chile（智利大学）；Universidade Federal do Rio Grande do Sul（南里奥格兰德联邦大学）
本文从微观推导顶点模型应力张量，揭示介观应力与力的关系，并指出张力分布的自由度连接了不同表达式及细胞骨架力传递结构。
2026-06-29 cond-mat.soft physics.bio-ph
Thawed Matrix method for computing Local Mechanical Properties of Amorphous Solids
提出“解冻矩阵”方法，通过惩罚非仿射位移的外场局域化塑性变形，以表征非晶固体局部屈服应力并更准确地预测塑性重排。
2023-07-15 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Thermomechanical Approach to Calculating Mechanical Stresses in Inhomogeneous Fluids and Its Applications to Ionic Fluids
本文提出基于热力学势不变性计算非均匀流体应力张量的热力学方法，并将其应用于离子流体及矢量序参量流体模型，验证了其稳健性并取得新结果。
2024-12-23 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Mechanical properties of jammed packings of frictionless spheres under applied shear stress
通过最小化一个类似的潜在的，我们无偏采样的势能景观软和无摩擦球恒定剪切应力下。我们得到零温度堵塞状态下所需的剪切应力，并研究其作为剪切应力的函数的机械性能。作为比较，我们也得到了堵塞状态，从准静态剪切采样，其中的剪切应力没有得到很好的控制。虽然两次取样确定的屈服应力与从点$J$开始的压缩具有相同的幂律标度，即~对于有限尺寸体系，准静态剪切取样导致较低的屈服应力和较高的临界体积分数点$J$。堵塞固体的剪切模量随着剪切应力的增加而减小。然而，剪切模量在屈服时不会衰减到零。剪切模量的这种不连续的变化意味着在非零剪切应力下的非堵塞过渡的不连续性，这进一步验证了从堵塞的固体剪切流的压力的不连续跳跃的观察。压力跃变在减压时减小，并且在类临界点$J$处接近零，类似于在外场下众所周知的相变。对堵塞固体中的力网络分析表明，在$J$点附近，力的分布对剪应力的增加更为敏感。力网络各向异性随剪应力的增大而增大。平均力附近和大剪应力下的弱颗粒接触表现出不对称的角度分布。
2015-02-03 cond-mat.soft
Hierarchical organization governs nonlinear mechanical reversibility in $ι$-carrageenan gels
Univ Lyon, Ens de Lyon, CNRS, Laboratoire de Physique（里昂大学、里昂高等师范学校、法国国家科学研究中心、物理实验室）
本研究结合流变学与法向力测量，揭示ι-角叉菜胶凝胶的非线性力学由分子连通性及可逆分层结构的形成与破坏调控，发现其存在部分力学可逆性。
2026-08-31 cond-mat.soft
Mechanical inhibition of dissipation in a thermodynamically consistent active solid
Max Planck Institute for Dynamics and Self-Organization（马克斯·普朗克动力学与自组织研究所）；Rudolf Peierls Centre for Theoretical Physics, University of Oxford（牛津大学鲁道夫·派尔斯理论物理中心）
本文提出了一种热力学一致的活性固体模型，揭示了机械响应与耗散之间的非平凡交叉作用，并解释了在大应力下耗散被抑制的现象。
2025-12-29 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Externally driven condensates show translation-induced polarization, directed coalescence, and anomalous diffusion in viscoelastic media
Institute for Medical Engineering and Science, Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院医学工程与科学研究所）；Department of Systems Immunology, Helmholtz Centre for Infection Research（亥姆霍兹感染研究中心系统免疫学部）；Institute for Biochemistry, Biotechnology and Bioinformatics, Technische Universität Braunschweig（布伦瑞克工业大学生物化学、生物技术及生物信息学研究所）；Lower Saxony Center for Artificial Intelligence and Causal Methods in Medicine (CAIMed)（下萨克森州医学人工智能与因果方法中心（CAIMed））
研究在外力作用下，凝聚态在粘弹性介质中表现出翻译诱导极化、定向合并和异常扩散，补充了奥斯特瓦尔德熟化和布朗运动合并机制，揭示了相分离与流体力学的竞争。
2026-03-29 cond-mat.soft
Putting a spin on metamaterials: Mechanical incompatibility as magnetic frustration
机械超材料为看似不可能的力学提供了一个有希望的平台。它们往往需要其基本组成部分的不兼容性，但对其作用的全面理解仍然难以捉摸。依靠类比铁磁和反铁磁二进制自旋相互作用，我们提出了一个通用的方法来识别和分析拓扑力学缺陷的任意积木。我们强调了二维和三维超材料之间的差异，并展示了拓扑缺陷如何以受控和非平凡的方式引导应力和应变，并激发了迄今为止未知的复杂机械响应材料的设计。
2021-05-19 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Mechanical Interactions Govern Self-Organized Ordering in Bacterial Colonies on Surfaces
Saarland University（萨尔兰大学）
研究通过模拟非运动性应力响应细菌，揭示机械互作用如何决定细菌群落形态和内部组织，发现生长诱导的伸展应力与立体约束竞争，形成高度对齐的微域，且摩擦力增加会减小微域大小并扩大方向多样性。
2026-01-13 cond-mat.soft physics.bio-ph
Active T1 transitions in cellular networks
在组织中的非晶态固体中，相邻交换可以放松局部应力并允许材料流动。在本文中，我们使用各向异性的顶点模型来研究多边形细胞网络中的T1重排。我们考虑两种不同的物理实现的主动各向异性应力：（i）各向异性的键张力和（ii）各向异性的细胞应力。有趣的是，这两种类型的主动应力导致T1转换和细胞伸长的相对取向的模式是不同的。我们的工作表明，这两个实现的各向异性主动应力可以观察到\textit{in vivo}。我们描述和解释这些结果，通过镜头的连续描述的组织作为各向异性的活性材料。我们进一步讨论了动态组织的能量学，并将能量平衡表示为内部弹性能、机械功、化学功和热。这使我们能够定义可以在消耗化学能的同时执行机械功的主动T1跃迁。
2022-03-11 cond-mat.soft physics.bio-ph
Predicting the mechanical properties of spring networks
LadHyX, CNRS, Ecole polytechnique, Institut Polytechnique de Paris（拉迪克斯实验室，法国国家科学研究中心，巴黎综合理工学院，巴黎理工学院）
本文提出了一种方法，能够推导出任意离散弹簧网络的精确弹性连续体模型，成功捕捉了仿生材料的力学特性。
2025-12-12 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Proliferation-driven mechanical feedback regulates cell dynamics in growing tissues
本文通过二维生长组织的智能体模拟，揭示应力介导的增殖反馈如何调控从堵塞到超扩散的细胞动力学，并证明组织生长指数与细胞迁移指数成正比。
2024-05-03 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Shear-induced gelation of self-yielding active networks
分子马达产生的主动应力驱动细胞骨架远离平衡，赋予其可调的机械特性，这些特性对于细胞分裂和运动等多种功能至关重要[1-5]。设计类似的仿生系统是创造能够模拟细胞功能的活性物质的关键先决条件[6-7]。这些长期目标需要了解电机产生的应力如何调整丝状网络的机制[8-11]。在基于微管的活性物质中，驱动蛋白马达产生可伸展运动，导致网络链接的持续断裂和重组[12]。我们研究了这种微观动力学如何改变网络的机械性能，揭示了网络粘度首先随着施加的剪切速率而增加，然后过渡回低粘度状态。通过调节分子马达的速度，可以控制非单调的剪切依赖粘度。一个两状态的唯象模型，结合液体和固体样元素定量相关的非单调剪切速率依赖的粘度，局部测量流量。这些研究表明，可伸展网络的流变学不同于先前研究的活性凝胶[13]，其中收缩性增强了机械刚度。此外，流体动力学相互作用的游泳者的连续模型没有捕获流动诱导的凝胶化[14-21]。活性相关的粘弹性的观察需要发展的软活性固体，其内在的活性应力的屈服或屈服的网络模型。
2020-04-29 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Cooperative effect of local active stresses on the macroscopic contractility of elastic fiber networks
University of California, Merced（默塞德加州大学）；TU Dresden（德累斯顿工业大学）；Lawrence Livermore National Laboratory（劳伦斯利弗莫尔国家实验室）
研究局部主动应力对弹性纤维网络宏观机械响应的影响，揭示应力增强与网络协调数变化的关系，强调主动单元局部几何结构对宏观机械行为的决定作用。
2026-03-24 cond-mat.soft physics.bio-ph
A Design Framework for Compositional Hierarchical Mechanical Metamaterials via a Qualitative Unit-Cell Library
The University of Alabama（阿拉巴马大学）；University of Illinois at Urbana-Champaign（伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校）
本文提出了一种两步设计框架，用于设计具有复合级联结构的机械元材料，通过参数化弹性矩阵优化设计域并选择合适的微观结构几何形状以满足所需的运动学或刚度要求。
2026-05-11 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Feedback from tissue mechanics self-organizes efficient outgrowth of plant organ
植物器官的生长表面上看起来像一片细胞的连续机械变形。然而，细胞作为单独的机械实体如何在生长过程中可靠有效地将组织变形为三维仍然令人困惑，特别是当细胞像植物组织一样紧密连接时。在植物中，组织内细胞的力学被特别好地定义为单个细胞生长基本上是响应于内部膨压的细胞壁的机械屈服。细胞壁刚度由生物信号传导控制，因此，观察到细胞生长对组织内积累的机械应力作出响应。在三维组织变形过程中，机械反馈的作用是什么？在这里，我们开发了一个三维的顶点模型，调查组织力学在发病时的器官生长在植物梢端。我们发现，器官高度主要取决于启动器官的生长较快的细胞与周围生长较慢的细胞的生长速率之比。值得注意的是，当细胞生长响应于组织范围的机械应力时，生长速率更高。我们的模拟数据的定量分析表明，细胞生长的组织力学反馈可以通过双重机制。首先，反馈引导细胞生长的模式。第二，反馈修改细胞上的应力模式，从而放大和传播生长各向异性。这种机制可以允许植物通过重组细胞生长而不是膨胀生长速率来有效地从分生组织中生长器官。
2020-04-25 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.TO
Structural relaxation of porous glasses due to internal stresses and deformation under tensile loading at constant pressure
利用分子动力学模拟研究了常压下非晶态固体的孔径分布和力学性能随时间的演化。多孔玻璃最初是在恒定体积条件下通过从液态到玻璃态区域的快速热淬火并允许同时发生相分离和材料固化来制备的。我们发现，在恒定的压力和低温下，多孔网络变得更加紧凑和玻璃系统搬迁到逐步降低的势能水平。虽然玻璃的弹性模量和平均密度都随等待时间的增加而增加，但它们的依赖性由具有相同指数的幂律函数描述。此外，数值模拟的结果表明，在恒定压力下的拉伸载荷下，低密度的多孔样品变得显着变形，并打破成单独的域在高应变，而致密的玻璃形成一个几乎均匀的固体材料。
2018-08-13 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Discontinuous shear thickening in biological tissue rheology
本文利用二维融合组织的主动顶点模型，研究全局外部变形与细胞运动产生的局部主动应力之间的相互作用，揭示了组织在堵塞转变附近表现出屈服、剪切变稀、连续和非连续剪切增稠等流变现象，为理解体内非线性流变行为提供了理论框架。
2024-01-18 cond-mat.soft q-bio.TO
Tissue fluidization by cell-shape-controlled active stresses
生物细胞可以根据其整体形状主动调整其细胞内结构。在这里，我们探讨这种耦合在一个极小模型的致密细胞材料，每个细胞施加一个积极的机械应力沿其轴的伸长的流变学含义。增加主动应力幅值导致几个转变。最初的六边形晶体图案首先被去稳定化成具有各向异性单元的固体。进一步增加活动，我们发现一个重入过渡到一个政权与有限的六角形秩序和有限的剪切模量，其中细胞安排根据一个菱形图案与周期性排列的玫瑰花结结构。剪切模量在第三阈值再次消失，超过第三阈值，自发组织流动出现。在这最后一个政权，我们观察到的细胞形状图案的出现称为拓扑缺陷，与周围的缺陷同意在上皮组织实验中观察到的流动和应力场。我们进一步提供了一个可测试的预测拓扑缺陷附近的细胞-细胞重排热点。总的来说，我们的工作连接了在各种类型的上皮组织中观察到的看似不同的特征-例如，结节和拓扑缺陷。
2022-04-11 cond-mat.soft physics.bio-ph
Nonlinear Rheology in a Model Biological Tissue
机械信号在胚胎发育和癌症生长等生物过程中起着关键作用。一个突出的方式来探测组织的机械性能是研究他们的反应，外部施加的力量。使用基于粒子的模型，具有随机凋亡和环境依赖的分裂率，我们证明了从线性流动的剪切稀化制度的交叉，增加剪切速率。为了使这种非线性流动合理化，我们推导出一个理论上的平均场方案，该方案考虑了局部应力中机械噪声和有源噪声的相互作用。这些噪声分别由细胞基质对细胞重排的弹性响应和内部活动产生。
2017-04-17 cond-mat.other cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Unravelling the Mechanics of Knitted Fabrics Through Hierarchical Geometric Representation
本研究建立了基于纱线的动力学模型，揭示了针织物可扩展性、各向异性等力学特性的层级起源，为针织物力学可编程设计及工程应用奠定了基础。
2024-06-19 cond-mat.soft cs.NA math.NA
Correlating Cell Shape and Cellular Stress in Motile Confluent Tissues
集体细胞迁移是涉及伤口愈合、癌症转移和形态发生的高度调节的过程。细胞之间的机械相互作用提供了协调这种集体运动的重要调节机制。使用自推进Voronoi（SPV）模型，将细胞力学与细胞形状和细胞运动性联系起来，我们制定了一个广义的机械推理方法，从运动组织中测得的牵引力中获得细胞应力的时空分布，并表明这种基于牵引的应力与瞬时细胞形状计算的应力相匹配。我们还使用应力信息来表征组织的流变特性。我们确定了一个运动诱导的游泳压力，增加了相互作用的压力，以确定全球的收缩性或延伸性的上皮细胞。我们进一步表明，相互作用剪应力的时间相关性决定了组织在液固转变时发散的有效粘度，这表明直接从牵引数据中提取流变信息的可能性。
2017-04-19 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.CB
Stress-dependent amplification of active forces in nonlinear elastic media
生物体中机械应力的产生在很大程度上依赖于嵌入丝状基质中的局部的、产生力的活性单元。具有固定边界的离散纤维网络的数值模拟表明，基体中的屈曲显著地放大了所产生的主动应力。在这里，我们将这一结果扩展到一个bucklable连续弹性介质受到任意的外部应力，并推导出解析表达式的活性，非线性本构关系表征的全活性介质。插入这些关系到流行的“活性凝胶”的活组织和细胞骨架的描述将使调查非线性制度以前无法访问，由于这些理论的现象学性质。
2018-05-07 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.SC
Mechanics of axis formation in $\textit{Hydra}$
Instituut-Lorentz, Leiden Institute of Physics, Universiteit Leiden（莱顿大学洛伦兹研究所）；Department of Mechanical and Aerospace Engineering, University of California San Diego（加州大学圣地亚哥分校机械与航空航天工程系）
本文研究了Hydra中轴形成机制，通过分析活性应力与组织弹性耦合，揭示了机械力如何引导组织在生物体尺度上自发打破对称性，从而确定身体轴。
2026-01-08 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.TO
Fluid-structure interaction study of spider's hair flow-sensing system
在目前的工作中，我们研究了蜘蛛的头发流量传感系统，采用流固耦合（FSI）的数值模拟。我们对扁腹蛛毛的形态进行了实验观察，并通过纳米拉伸测试对其力学性能进行了表征。然后，我们使用获得的信息作为计算模型的输入。我们研究了不同的空气速度和不同的头发间距上的机械应力和位移的效果。我们的研究结果可以为智能传感器和机器人设计新的生物启发系统和结构。
2018-06-01 cond-mat.soft physics.app-ph physics.bio-ph
