Counting and Sequential Information Processing in Mechanical Metamaterials
本文提出可计数机械驱动循环并存储信息的不可逆超材料，进一步设计了对驱动顺序敏感的非周期超材料及“锁与钥匙”超材料，为智能传感、软体机器人和机械信息处理提供新思路。
2023-02-14 cond-mat.soft
A Modular Origami-inspired Mechanical Metamaterial
具有复杂微结构的机械超材料具有梯度刚度、负泊松比和能量吸收等优良的物理特性。近年来，折纸术在超材料的几何结构方面提供了许多启示。在这里，我们提出了一个模块化的折纸启发可重构超材料。该方法利用由Sarrus连杆机构和平面四杆机构组成的可变换模块，并将模块按照镶嵌图案连接以形成周期性结构。讨论了异向介质的不同排列方式、不同模量形状和不同网格形式，并对异向介质的承载能力和刚度变化进行了实验分析。所提出的材料可用于在宽范围的长度尺度上实现可重构结构或架构。
2020-12-17 cond-mat.soft
Viscoelastic contact mechanics between randomly rough surfaces
我们提出了精确的数值计算结果的摩擦力和接触面积的粘弹性固体（橡胶）在滑动接触硬，随机粗糙基板。粗糙表面是自仿射分形的，其粗糙度在几十年的长度尺度上。我们计算的贡献，从脉动变形引起的基板粗糙度的摩擦。我们还计算了实际接触面积，$A(v,p) $，取决于滑动速度$v$和标称接触压力$p$，我们展示了如何接触面积为任何滑动速度可以从一个通用的主曲线$A(p)$。数值计算结果与分析接触力学理论的预测吻合良好。
2014-06-27 cond-mat.soft
Porous mechanical metamaterials as interacting elastic charges
本文提出了一个描述二维多孔机械超材料复杂非线性响应的分析框架。我们采用了一种几何方法来弹性，其中孔隙由弹性电荷表示，并表明，这种方法捕获具有高精度的单个孔隙的形状变形以及相邻孔隙之间的相互作用所产生的集体变形模式。具体而言，我们表明，四极和十六极-两个最低阶的多极弹性-能够匹配实验观察到的演变的形状和相对取向的孔在各种周期性多孔机械超材料。我们的工作证明了弹性电荷捕获高度可变形多孔固体物理的能力，并为多孔机械超材料的描述和合理设计的新理论框架的发展铺平了道路。
2017-08-29 cond-mat.soft
Viscoelastic acoustic response of layered polymer films at fluid-solid interfaces: Continuum mechanics approach
我们推导了描述在流体环境中沉积在固体（石英）表面上的任意厚度的双折射粘弹性聚合物材料的动力学的波动方程的一般解。在粘弹性元件的Voight模型中，我们计算了系统对施加的剪切应力的声学响应，即我们发现石英发生器谐振频率和耗散因子的偏移，并且表明它强烈地依赖于吸附层的粘性载荷和覆盖层的剪切存储和损耗模量。这些结果可以很容易地应用到石英晶体声学测量的聚合物的粘弹性，保存其形状下的剪切变形和不流动，和分层结构，如蛋白质膜从溶液中吸附到表面上的自组装单分子膜。
1998-05-21 cond-mat.soft
Design of pseudo-mechanisms and multistable units for mechanical metamaterials
机械--由完美的铰链连接的刚性元件的集合，这些铰链表现出零能量运动--激发了各种机械超材料的设计。我们显着扩大了这个设计空间，考虑伪机构，集合弹性耦合元件，表现出非常低的能量成本的运动。我们表明，他们的几何设计一般是不同于那些真正的机制，从而开辟了一个大的，几乎未开发的设计空间。我们通过设计具有双稳态和三稳态能量景观的构建块来进一步扩展这个空间，通过3D打印实现这些，并展示这些如何形成多稳态超材料的单位单元。
2021-06-05 cond-mat.soft
Foundations of viscoelasticity and application to soft tissues mechanics
软组织是一种复杂的介质，具有各种力学性质，如各向异性和非线性应力-应变行为。它们经历大的变形，并且它们表现出时间依赖性的机械行为，即它们是粘弹性的。在这一章中，我们回顾了线性粘弹性理论和准线性粘弹性理论（QLV）的基础上，开发新的方法来估计软组织的粘弹性通过模型拟合。为了这个目的，我们考虑简单的扭转的粘弹性Mooney-Rivlin材料在两个不同的测试方案：步进应变和斜坡测试。这些测试通常用于验证软组织的时间依赖性，并研究其应力松弛行为。此外，商用扭转流变仪测量扭矩和法向力，从而获得两组数据。我们表明，对于一个步骤测试，线性和QLV模型预测相同的松弛曲线的扭矩。然而，当应变历史是斜坡函数的形式时，QLV模型中出现的非线性项影响扭矩的松弛曲线，这取决于最终应变水平和斜坡的上升时间。此外，我们的研究结果表明，QLV理论预测的法向力的松弛曲线依赖于应变水平的步骤和斜坡测试。为了量化非线性项的影响，我们评估松弛曲线的最大值和平衡值。我们的研究结果提供了有用的指导方针，以准确地拟合QLV模型，估计软组织的粘弹性。
2021-08-18 cond-mat.soft
Bistable Auxetic Mechanical Metamaterials Inspired by Ancient Geometric Motifs
弹性材料在拉伸时变得更厚而不是更薄，表现出不寻常的负泊松比，非常适合设计形状转换超材料。然而，目前的拉胀设计通常是单稳态的，并且在负载移除时不能保持转化的形状。在这里，古代几何图案排列在正方形和三角形网格的启发，我们介绍了一类可切换的建筑材料表现出同时的膨胀性和结构双稳态。材料的概念是通过在橡胶片上穿孔各种切割图案来实验性地实现的，从而创建了与柔性铰链连接的旋转单元的网络。超材料的性能通过力学测试进行评估，并通过一组连贯的有限元模拟进行准确预测。一组丰富的力学现象的讨论如下阐明的主要设计原则，管理双稳态。
2016-12-18 cond-mat.soft
Response evolution of mechanical metamaterials under architectural transformations
结构转换在复杂系统的进化中起着关键作用，从超材料的设计算法到无序介质的流动和塑性。在这里，我们开发了一个通用的框架，通过顺序删除和添加弹性元件的离散建筑变换下的网络结构的线性力学响应的演变。我们专注于一类空间复杂的超材料，由三角形积木。对应于移除和添加弹性元件的这些构建块的旋转引入（拓扑）结构缺陷。我们表明，超材料的自应力状态起着至关重要的作用，并且两种不同网络架构之间的互斥自应力状态跨越了它们的机械响应的差异。对于我们这类超材料，我们确定了这些自应力状态的局部表示，这使我们能够捕获不断变化的响应。我们用我们的见解来理解拓扑缺陷的不寻常的应力转向行为。
2019-09-25 cond-mat.soft
Design principles for energy dissipation in viscoelastic network metamaterials
University of Pennsylvania（宾夕法尼亚大学）；University of Michigan（密歇根大学）；Flatiron Institute（平井研究所）
该研究开发了基于图拉普拉斯算子的粘弹性桁架网络高效计算框架，揭示了网络横截面积重新分布对能量耗散的调控规律，为超材料耗散结构设计提供了理论与计算支撑。
2026-07-31 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Sequential Snapping and Pathways in a Mechanical Metamaterial
具有记忆元素、磁滞子的材料表现出记忆效应。这些歇斯底里通常很难直接观察或控制。在这里，我们介绍了一种机械超材料，其中细长的元素，相互作用的推动器，作为机械滞后。我们展示了我们如何可以调整这些元素的几何设计的循环压缩下的hysteron属性和途径，以及我们如何可以调整给定的样品的途径，通过倾斜的边界之一。此外，我们调查的全球剪切模式的滞后耦合的效果，作为滞后和非滞后自由度之间的相互作用的一个例子。我们希望我们的工作将激发进一步的研究与有针对性的途径设计师的问题。
2022-05-04 cond-mat.soft
Beyond von Mises Truss Models: Emergent Bistability in Mechanical Metamaterials
本文发现超弹性超材料中由协同刚化引起的涌现双稳态，证明单个单元单稳态而双单元组合可产生双稳态，并指出冯·米塞斯桁架模型无法解释该现象，进而提出新的解析模型。
2025-07-01 cond-mat.soft
The metric description of viscoelasticity and instabilities in viscoelastic solids
许多人造和天然存在的材料形成粘弹性固体。越来越多地使用生物启发的弹性体材料和极端的机械响应，这些弹性体提供驱动需要更好的，更直观的和定量的理解这样的连续体的机械响应。这在确定粘弹性结构随时间的稳定性时特别重要，在这种情况下，代替鲁棒规则，我们通常必须诉诸模拟。在这项工作中，我们提出了一个度量描述粘弹性的连续体的特点是时间演变的参考长度量化的休息参考度量。这个休息参考度量作为一个状态变量描述的结果在系统中的粘弹性流，并允许我们提供强大的要求关于不可压缩的各向同性粘弹性介质的稳定性。我们证明了这些索赔的一个简单的三个标准的线性固体弹簧阻尼器组件的预测规则，可以通过明确的计算进行验证，并显示与最近的实验在粘弹性硅橡胶壳，显示延迟稳定性损失的定量协议。
2018-06-04 cond-mat.soft
Viscoelastic material properties determine contact mechanics of hydrogel spheres
本研究通过水凝胶颗粒实验，分离并探究了颗粒材料属性在滑动接触力中的作用，发现剪切模量随时间衰减的粘弹性模型结合库仑摩擦模型可准确捕捉实验结果，揭示了材料演化对颗粒集体行为的影响。
2024-03-24 cond-mat.soft
Adhesive contact mechanics of viscoelastic materials
本研究提出稳态滑动下粘弹性材料粗糙粘着接触理论，揭示粘弹性与粘着相互作用对接触面积、拉脱力及摩擦的影响规律，发现接触边缘能量释放率的非单调趋势，结果获实验支持。
2024-01-30 cond-mat.soft
Programmable Mechanical Metamaterials: the Role of Geometry
我们通过实验和数值计算研究了几何形状对双孔超材料力学的精确作用，双孔超材料是由两个交替大小的圆孔图案化的准2D橡胶板。我们最近展示了如何通过横向限制$^1$来编程这些超材料对单轴压缩的响应。特别地，存在一定范围的限制应变$\varepsilon_x$，对于该限制应变，在一定范围的压缩应变$\varepsilon_y$内，压缩阻力变得非平凡-非单调或滞后。在这里，我们展示了无量纲几何参数$t$和$χ$，它表征了这些超材料图案的孔的孔隙率和尺寸比，可以在很宽的范围内显着调整这些范围。我们研究了极限情况下的行为，其中$t$和$χ$变得很大，并讨论了新的物理出现。远离这些极端极限，感兴趣的应变范围的变化是平滑的孔隙率，但随着尺寸比的变化证明了在低$χ$从双孔到单孔（相等尺寸的孔）行为的交叉，与纯单孔超材料$^2$中的弹性不稳定性有关。我们的研究提供了精确的指导方针，为合理设计的可编程biholar超材料，量身定制的特定应用，并表明，最广泛的可编程性出现的$t$和$χ$的适度值。
2016-06-02 cond-mat.soft
Geometric charges and nonlinear elasticity of soft metamaterials
由于非线性力学和非平凡的几何效应，柔性机械超材料和高度可变形多孔固体的问题是丰富和复杂的。虽然数字方法是成功的，但分析工具和概念框架在很大程度上缺乏。使用类比与静电，并建立在最近的事态发展的非线性几何制定的弹性，我们开发了一个形式主义，映射到弹性电荷的非线性相互作用的弹性问题。这种方法提供了一个直观的概念框架，定性地解释了线性响应，机械不稳定性的发病和不稳定后状态的方面。除了直觉，形式主义还定量再现了几个原型结构的完整数值模拟。在这项工作中的有序和无序的多孔机械超材料的研究开发的工具的可能应用进行了讨论。
2019-10-04 cond-mat.soft
Multistability by Design in Complex Triangular Mechanical Metamaterials
Tel Aviv University（特拉维夫大学）；Hiroshima University（广岛大学）
本研究通过混合不同梁厚度的受挫三角形网络，利用尺度论证和伊辛映射构建相图，实现局部双稳态与指数级稳定构型，并经实验验证，为编程多稳态和广泛简并性提供了新途径。
2026-09-30 cond-mat.soft
Scalable 3D printing for topological mechanical metamaterials
机械超材料是被设计为表现出奇异响应的结构，例如表面处的拓扑软模式。在这里，我们通过将球和弹簧模型转换为物理原型来探索这些拓扑结构的单材料3D打印。通过单轴压缩具有边缘刚性的3D打印固体，我们观察到表面始终比主体柔软。然而，我们也发现，两个相对的表面中的任何一个都可以是最软的，与线性模型的拓扑鲁棒预测相反。电子元模拟使我们能够弥合这一差距。我们探讨了印刷几何形状和变形幅度如何影响表面柔软度。对于小应变，我们发现定性协议与球和弹簧模型，但令人惊讶的是，非线性变形可以选择哪一边是最软的。我们的工作将真实3D材料的拓扑力学预测及其在缓冲应用中的潜力联系起来。
2022-06-23 cond-mat.soft
Topological modes bound to dislocations in mechanical metamaterials
机械超材料是一种具有特殊性质的人工结构，如负泊松比、双稳态或可调振动性质，这些性质起源于它们的晶胞几何结构。这种不寻常行为的核心通常是一种软模式：一种不会显著拉伸或压缩组成元素之间联系的运动。当由电机或外部磁场激活时，软模式成为机器人和智能材料的构建模块。在这里，我们证明了拓扑软模式的存在，可以定位在所需的位置在超材料，同时对广泛的结构变形或材料参数的变化是强大的。这些受保护的模式，局部位错，是在电子系统中的缺陷绑定到拓扑状态的机械模拟。我们创建物理实现的拓扑模式在原型的戈薇格建成了刚性三角板。我们从数学上表明，它们起源于两个Berry阶段之间的相互作用：伯格斯矢量的位错和拓扑极化的晶格。我们的工作为分子机器人或信息存储和读出的工程拓扑保护纳米机械结构铺平了道路。
2015-04-23 cond-mat.soft
Topological defects produce exotic mechanics in complex metamaterials
缺陷，特别是拓扑缺陷，是在自然材料中起关键作用的建筑图案。在这里，我们提供了一个系统的策略，在机械超材料中引入这样的缺陷。我们首先提出的超材料，是一个机械模拟的自旋系统与可调铁磁和反铁磁相互作用，然后设计一个指数数量的挫折免费的超材料，最后引入拓扑缺陷，通过旋转这些超材料中的一串积木。我们通过实验和模拟揭示了拓扑缺陷的独特机械特征，并利用它来设计复杂的超材料，我们可以将变形和应力转向系统的各个部分。我们的工作提出了一个新的途径，系统地包括空间的复杂性，挫折和拓扑结构的机械超材料。
2019-03-19 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Diffusive buckling fronts in lattice-based metamaterials
The University of Chicago（芝加哥大学）
本文通过实验和理论模型，研究了高耗散三维格点超材料中由压缩触发的屈曲失稳如何以扩散前沿形式传播，并建立了基于反应-扩散方程的可预测框架。
2026-06-02 cond-mat.soft
Analytic analysis of auxetic metamaterials through analogy with rigid link systems
先进增材制造技术的最新进展刺激了机械超材料领域的发展。在这个主题中特别感兴趣的一个领域是通过弹性不稳定性产生拉胀材料特性。本文着重于一种新的方法，在分析拉胀超材料通过类比与刚性链接晶格系统。我们的分析方法给出了非常好的协议与有限元模拟的弹性不稳定性和后屈曲行为，包括泊松比的发病。对晶格内机制与其力学行为之间关系的深入了解有可能指导基于晶格的超材料的合理设计。
2017-03-15 cond-mat.soft
Programming bistability in geometrically perturbed mechanical metamaterials
本文提出通过单元胞几何扰动与胞间约束，将普通非双稳态超材料转化为双稳态系统，并建立平面剪纸超材料设计与优化框架。
2024-08-08 cond-mat.soft
Delayed elastic contributions to the viscoelastic response of foams
我们表明，泡沫的慢粘弹性响应是一个幂律流体与终端松弛。在蠕变和恢复试验中的泡沫力学的调查表明，幂律的贡献是完全可逆的，延迟弹性响应的指示。我们演示了如何充分考虑这种贡献的非麦克斯韦功能，在所有的测试中观察到，探测线性机械响应函数。相关的幂律谱与具有刚好高于玻璃化转变的机械噪声温度的系统的软玻璃化流变学一致[菲尔丁等人，J.Rheol. 44，323（2000）]，并且起源于超扩散气泡动力学和应力扩散的组合，如最近在粗化泡沫的模拟中所证明的[Hwang等人，Nat.Mater. 15，1031（2016）]。
2022-05-06 cond-mat.soft
Nonlinear force response of modular lattice-based metamaterials
The University of Chicago（芝加哥大学）；University of Colorado, Boulder（科罗拉多大学博尔德分校）
该研究针对模块化晶格超材料，利用其非线性屈曲行为，通过串联单元获得单个单元不具备的力响应，发现其循环载荷下的训练行为，为非线性应力响应设计提供新方向。
2026-09-02 cond-mat.soft
Harvesting Deformation Modes for Micromorphic Homogenization from Experiments on Mechanical Metamaterials
本研究针对微观形态均匀化框架需预先给定长程关联涨落场的问题，开发了全场微观形态集成数字图像相关技术，通过虚拟与实验图像识别蜂窝状超材料的三部分运动学分解量，为超材料力学行为预测与工程设计提供实验支撑。
2024-06-19 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
Curvature screening in draped mechanical metamaterial sheet
本文通过引入辅助标量类规范场建立曲面超材料薄片的连续弹性理论，并在正负曲率基底上验证膨胀与剪切超材料的力学行为，数值模拟与分析预测吻合良好。
2023-10-12 cond-mat.soft physics.app-ph
Design framework for programmable three-dimensional woven metamaterials
Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）；University of Maryland（马里兰大学）
本文提出一种几何设计框架，通过图结构编码编织拓扑，实现可调架构、功能梯度和任意异质性，揭示了高可调各向异性刚度和极端可拉伸性，展示了可编程失效模式的潜力。
2025-07-18 cond-mat.soft
Multistable Topological Mechanical Metamaterials
在过去的十年中，物质的量子拓扑态的概念已经被广泛用于创建具有拓扑保护功能的机械超材料，例如单向边缘状态和拓扑极化弹性。麦克斯韦晶格代表了一类拓扑机械超材料，当它们被拓扑极化时，它们在边缘/界面处表现出独特的鲁棒机械特性。在这些材料中实现拓扑相变将使这些边缘状态的开关成为可能，从而为编程机械响应和波传播提供前所未有的机会。然而，由于机械和几何约束，这种转变在麦克斯韦拓扑超材料中的实验控制极具挑战性。在这里，我们创建了一个麦克斯韦晶格与量子单元实现拓扑状态之间的同步转换，并证明了显着不同的刚度之间的晶格变换拓扑相位理论和实验。通过将多稳态与拓扑相变相结合，这种超材料首次不仅表现出快速可逆变化的拓扑保护机械特性，而且还为创新机械计算架构和可重编程神经形态超材料提供了丰富的设计空间。此外，我们使用多材料3D打印设计和制造了拓扑Maxwell晶格，并展示了通过增材制造实现小型化的潜力。这些设计原理适用于可变换拓扑超材料的各种任务，如可切换的能量吸收，冲击缓解，波剪裁，神经形态超材料，和受控变形系统。
2022-07-12 cond-mat.soft physics.app-ph
Programming Soft Robots with Flexible Mechanical Metamaterials
ETH Zürich（苏黎世联邦理工学院）；Harvard University（哈佛大学）
本研究提出利用柔性机械超材料的复杂变形行为来编程软体机器人，从而大幅提升其整体性能。
2019-06-01 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cs.RO
4D printing of mechanical metamaterials
机械超材料由于其独特的性能和功能，其微/纳米级设计的形状，包括几何形状和拓扑结构，也许是最重要的方面。4D打印使机械超材料形状的可编程、可预测和精确变化成为可能，以实现多功能性、自适应特性以及使用简单3D打印无法实现的其他类型的所需行为。本文概述了4D打印在机械超材料中的应用。它首先提出了什么是4D打印和什么形状方面的系统定义（例如，几何形状、拓扑结构）与机械超材料的4D打印相关。本文没有关注不同的打印工艺和材料，而是解决了将平面构造转换为目标3D形状所需的变形行为的最基本方面（即，2D到3D变形）或将3D形状变换为另一3D形状（即，3D到3D变形）。在这两种情况下，我们将讨论刚体形状变形（例如，刚性折纸）以及可变形的身体变形。本文最后讨论了将4D打印应用于机械超材料所面临的主要挑战，并提出了未来研究的几个领域。
2021-05-23 cond-mat.soft physics.app-ph
Reversible signal transmission in an active mechanical metamaterial
机械超材料被设计成能够实现独特的功能，但通常受到初始能量状态的限制，并且需要独立的能量输入来重复发挥作用。我们的研究介绍了一种理论上的主动机械超材料，它结合了生物反应机制，以克服被动超材料的这一关键限制。我们的材料允许可逆的机械信号传输，其中能量通过生物动力反应机制重新引入。通过分析离散模型的粗粒度连续模拟，我们发现信号可以通过行波在材料中传播。连续模型的分析提供了允许信号传输的参数空间的区域，并揭示了与著名的FitzHugh-Nagumo系统的相似之处。我们还发现明确的公式，近似的反应机制的时间尺度上的信号传输速度，这是必不可少的控制材料的效果。
2019-06-11 cond-mat.soft physics.app-ph
Double-network-inspired mechanical metamaterials
Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）
本文提出双网络启发的机械元材料，通过结合单体桁架（刚性）和编织（柔性）组件，实现了比纯编织和桁架组件高十倍的刚度和伸展性，同时通过内部缺陷增强能量耗散。
2024-09-03 cond-mat.soft physics.app-ph
Active viscoelastic condensates provide controllable mechanical anchor points
本研究开发了活性核心周围粘弹性生长的连续介质模型，发现粘弹性应力限制凝聚体生长但增强抗变形能力，并通过线虫中心体实验数据验证，为兼顾快速自组装与机械强度的材料提供设计原则。
2025-09-12 cond-mat.soft physics.bio-ph
Automatic Design of Mechanical Metamaterial Actuators
机械超材料致动器利用单个3D打印元件中编码的建筑特征实现预定的输入-输出操作，从而消除了组装不同结构部件的需要。尽管该领域取得了快速进展，但仍然需要有效的策略来优化用于各种功能的超材料设计。我们提出了一种计算方法的机械超材料致动器的自动设计相结合的增强蒙特卡罗方法与离散元模拟。选定的机械超材料致动器的3D打印表明，机器生成的结构可以达到高效率，超过人类设计的结构。我们还表明，通过训练深度神经网络来设计高效的执行器是可能的，无需进行冗长的机械模拟。这里设计的基本致动器可以结合起来，为无数的工程应用生产任意复杂的超材料机器。
2020-02-06 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Slow kinks in dissipative kirigami
在自然界中经常遇到无惯性传播的机械波--例如植物的运动--但这种波在合成材料中仍然很少见。在这里，我们发现了过阻尼超材料中出现的缓慢扭结，我们表明它们可以用于传感，动态图案变形和物体运输等应用。为了做到这一点，我们创造了耗散kirigami适当模式的粘弹性。这些kirigami形状变化成不同的纹理取决于他们有多快被拉伸。我们发现，如果我们快速拉伸并等待，粘弹性kirigami最终可以从一个纹理到另一个纹理。至关重要的是，这种突然的不稳定性发生在一个序列中，并出现了一个移动的过阻尼扭结。我们证明，这种扭结支撑动态形状变形在2D kirigami，可用于运输对象。我们的研究结果为超材料，软机器人和仿生学中使用缓慢扭结开辟了道路。
2022-11-21 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Textile hinges enable extreme properties of mechanical metamaterials
本文提出通过制造和集成纺织铰链，为创建具有类机构行为的大型结构化机械超材料提供了可扩展平台，并结合运动学优化工具实现了极端的形状变形响应。
2024-08-28 cond-mat.soft physics.app-ph
Directional mechanical response in the bulk of topological metamaterials
机械超材料是那些设计用于以新颖和理想的方式传递力和运动的结构。最近，Kane和Lubensky证明了在边缘机械稳定点的晶格（麦克斯韦晶格）具有拓扑不变量，描述了松弛的零能量边缘模式的分布。在这里，我们表明，在这些晶格的大部分中的一个点上施加力产生定向的机械响应，其中应力或应变仅在力的一侧引起。这提供了机械极化的体积度量和朝向或远离结构的部分传递应力和应变的设计原理。我们还表征了去除键对材料结构和松弛模式的影响，建立了边缘模式和批量响应之间的关系。
2017-01-30 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Wallpaper Group-Based Mechanical Metamaterials: Dataset Including Mechanical Responses
本文构建了一个涵盖全部17个壁纸对称群、包含1,020种二维微结构和12,240条有限元加载轨迹的力学超材料数据集，用于支持代理模型开发、对称性-性能关系研究及图案变换中的对称性破缺分析。
2025-09-21 cond-mat.soft physics.comp-ph
Soft topological modes protected by symmetry in rigid mechanical metamaterials
拓扑力学可以在机械超材料中实现软模式，其中粒子运动的自由度的数量通过粒子间相互作用提供的约束来精细地平衡。但是，实体对象通常是超静态的（或过约束的）。在这里，我们将展示如何对称性可以应用到生成拓扑软模式，即使在过度约束，刚性系统。为此，我们考虑基于非正方形矩阵的非厄米拓扑结构，并设计了一种超静定材料，在该材料中，受拓扑结构和对称性保护的低能模式出现在界面处。我们的方法提出了一种新的方法，在鲁棒的无标度架构中产生柔软度，适合于小型化到纳米级。
2021-02-23 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Mechanical Metamaterials Fabricated from Self-assembly: A Perspective
本文展望自组装技术在承重型机械超材料制造中的应用，综述共聚物与胶体晶体自组装进展，并讨论高通量表征、ML及实验室自动化逆向设计等挑战与机遇。
2023-11-12 cond-mat.soft physics.app-ph
In vivo measurements of fascia lata effective mechanics combined to a memory fiber recruitment viscoelastic modeling approach
ENSL, CNRS, Laboratoire de physique（里昂高等师范学校，法国国家科学研究中心，物理实验室）
本研究通过结合人体阔筋膜控制性斜坡松弛实验与整合纤维募集和双时间尺度粘弹性松弛的本构模型，建立了可重复测量体内阔筋膜有效粘弹性特性的实验与建模框架。
2026-06-02 cond-mat.soft physics.bio-ph
Breaking Mechanical Holography in Combinatorial Metamaterials
本文研究了组合机械超材料中中心对称块诱导的全息序及其体-边界耦合特性，并利用打破全息序的块实现了对整体边界形变纹理的设计，揭示了兼容超材料数量在不同情况下的指数缩放规律。
2025-06-10 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Proprioceptive multistable mechanical metamaterial via soft capacitive sensors
University of Freiburg（弗莱堡大学）；Free University of Bozen-Bolzano（博尔扎诺自由大学）；Delft University of Technology（代尔夫特理工大学）
本研究将软电容传感器集成至由4个双稳态单元胞构成的3D打印多稳态力学超材料中，通过捕捉非线性变形实现了对状态变化的本体感受，为软体机器人反馈控制系统提供了基础。
2025-03-30 cond-mat.soft cs.RO
Nonlinear mechanical metamaterial cloaks
针对非线性机械系统隐身难题，提出将隐身转化为复现目标响应的优化问题，并用可微仿真与梯度优化设计刚性单元超材料，经仿真和实验验证其静、动态隐身与扰动屏蔽能力。
2025-08-29 cond-mat.soft physics.app-ph
Topological mechanics of gyroscopic metamaterials
拓扑机械超材料是一种人工结构，其不寻常的特性与电子和光学材料一样受到保护。在这里，我们提出了一个实验和理论研究的主动超材料-包括耦合陀螺仪的晶格-打破时间反演对称。这些新结构的振动光谱显示出一个由拓扑保护的边缘模式填充的声波间隙，这些边缘模式仅在一个方向上传播，不受无序的影响。我们提出了一个数学模型，解释了如何通过控制底层晶格的扭曲的边缘模式的手征可以切换。这种效应允许根据需要确定边沿电流的方向。我们设想这些边缘模式的应用程序的无损耗，单向，声波波导的设计，并在实验中证明这一功能。
2015-04-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft
Nonreciprocal response theory of nonhermitian mechanical metamaterials: response phase transition from the skin effect of zero modes
非互易非厄米系统通过非厄米趋肤效应提供了一种非传统的拓扑零模局域化机制。虽然这种效应的基本理论表征涉及右和左本征模的双正交系统，但是最近对机器人超材料中零模的这种效应的证明（Ghatak等人，arXiv：1907.11619）是基于常规右特征向量的直接实验观察。在这里，我表明，这种非互易性的机械超材料揭示其潜在的双正交性的直接观察到的系统对外部激励的响应。应用到突破性的实验，这个非互易响应理论预测，零模式集肤效应沿着扩展阶段，系统是高度敏感的物理扰动，导致发散的响应在一个大系统的限制。
2019-08-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft
Machine Learning of Implicit Combinatorial Rules in Mechanical Metamaterials
针对传统方法难以捕捉机械超材料组合问题构型空间复杂边界的问题，研究发现卷积神经网络可从稀疏训练集学习隐式组合规则并精准识别边界，为超材料复杂设计提供新思路。
2022-09-13 cond-mat.soft physics.comp-ph
A Robust "Shrink-and-wrap" Piecewise Construction Transforms 3-Dimensional Mesh Structures into Mechanical Metamaterials
Stony Brook University, the State University of New York (SUNY)（纽约州立大学石溪分校）；Department of Biomedical Engineering（纽约州立大学石溪分校工程与应用科学学院）；College of Engineering and Applied Sciences (CEAS)；Stony Brook University, SUNY
本研究提出一种“收缩包裹”分段构造方法，可将任意三角形或四面体网格结构转化为具有负泊松比和局部可编程力学性质的拉胀力学超材料，并适用于3D打印。
2026-09-29 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
A novel general modeling of the viscoelastic properties of fluids: application to mechanical relaxation and low frequency oscillation measurements of liquid water
本文的目的是计算当处于热力学平衡的流体系统受到机械作用时，流体粒子的平均位置（和取向）的时间依赖性。这种新的理论方法的出发点是引入一个机械能功能。然后使用的惯性模式和作用温度的概念，并假设每个模式的机械能均分原则，该模型预测存在的动态相变的介质的流变行为从固体状发展到液体状政权时，机械作用增加。众所周知的牛顿行为恢复为极限情况。目前的建模应用于最近的液态水粘弹性数据的分析指出一个普遍的弹性行为在受限的几何形状。它表明，该模型使得有可能理解这些数据在一个连贯的和统一的方式与传输特性（粘度和自扩散系数）。它的结论是，任何有限体积的流体在静止时具有静态剪切弹性，因此应被视为固体状介质。
2022-04-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft
Inverse Design of Discrete Mechanical Metamaterials
呈现负弹性模量、带隙振动光谱或拓扑保护模式的机械和声子超材料能够精确控制结构和声学功能。虽然在实验和理论表征方面取得了很大进展，但具有任意可编程光谱特性和模式局部化的机械超材料的逆设计仍然是一个未解决的问题。在这里，我们提出了一个灵活的计算逆设计框架，允许在离散声子超材料结构的频谱中的几乎任意位置的一个或多个间隙的有效调谐。底层算法直接优化弹性网络的线性响应，适用于有序和无序结构，在2D和3D中有效扩展，并可与各种数值优化方案相结合。我们通过设计机械带隙开关来说明这种方法的广泛实用潜力，该开关响应于外部施加的刺激（例如剪切或压缩）来打开和关闭预编程的光谱间隙。我们进一步表明，所设计的结构可以主机拓扑保护的边缘模式，并通过显式三维有限元模拟连续弹性实验相关的材料参数验证数值预测。一般来说，这种基于网络的逆向设计范式提供了一个直接的途径，制造声子超材料，DNA折纸结构和拓扑电路，可以实现广泛的静态和动态目标功能。
2019-05-08 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Non-Newtonian Topological Mechanical Metamaterials Using Feedback Control
本文介绍了一种不受牛顿动力学约束的拓扑力学超材料的设计方法。机械晶格中的单位单元受到主动反馈力的作用，主动反馈力通过自主控制器进行处理，预编程以实时生成所需的局部响应。作为一个例子，我们专注于量子Halfton模型，这是一个两带系统的方向复杂的耦合项，违反牛顿第三定律。我们证明了所需的拓扑相位，其特征在于手性边缘模式，可以实现在一个类似的机械系统，只有闭环控制。然后，我们表明，我们的方法能够实现，第一次，在机械超材料中的Haldom模型的修改版本。这里，复值耦合以晶格的相对边缘上的模式在相同方向上传播的方式被极化，并且通过反向传播的扩散体模来平衡。所提出的方法是通用和灵活的，并可用于实现任意的晶格参数，如非局部或非线性耦合，时间相关的潜力，非厄米动力学，和更多，在一个单一的平台上。
2020-10-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft
