Programming nonreciprocity and reversibility in multistable mechanical metamaterials
非互易性可以通过利用材料的非线性来被动地实现。特别是，网络的非线性非对称的能量景观元件最近已被证明支持单向过渡波。然而，在这些系统中，只有当元件从较高能量阱切换到较低能量阱时，能量才能转移，从而允许一次性信号传输。在这里，我们表明，在一个机械超材料包括一个一维阵列的非互易性和可逆性可以独立编程，并不相互排斥。通过连接浅拱和对称的能量阱，降低能量势垒，我们设计了一个可逆的机械二极管，可以支持多个信号的传输。此外，通过交替拱对称和不对称的能量景观，我们实现了一个非互易链，使不同的过渡波在相反的方向传播。
2020-09-07 physics.app-ph
A Constrained Mechanical Metamaterial Towards Wave Polarization and Steering Control
本文提出一种约束型谐波模式力学超材料，通过约束机制与晶格结构结合，实现弹性波单模偏振传播、完美阻抗匹配及沿任意路径的宽带模式转换，为任意偏振控制提供了完整设计框架。
2024-10-23 physics.app-ph
Magneto-Mechanical Metamaterials with Widely Tunable Mechanical Properties and Acoustic Bandgaps
机械超材料是一种结构化的人造材料，允许在自然界中观察不到的独特行为，使它们成为广泛应用的有希望的候选者。现有的超材料缺乏可调谐性，因为它们的特性在制造后只能在有限的程度上改变。在本文中，我们提出了一种新的磁机械超材料，允许通过变形模式分支的新概念的大的可调谐性。这种新型超材料的结构采用了使用硬磁软活性材料的非对称接头设计，该设计允许在相反方向的磁场下的两种不同的致动模式（弯曲和折叠）。随后施加机械力导致变形模式分支，其中超材料架构转变成两种明显不同的形状，这两种形状表现出非常不同的变形，并且能够实现诸如机械刚度和声学带隙之类的性质的极大可调性。此外，这种超材料设计可以与具有全局刚度可调性的磁性形状记忆聚合物结合，这进一步实现了声学行为的全局偏移。磁致动和机械致动的结合，以及形状记忆效应，为超材料的新范例注入了无与伦比的可调特性。
2020-06-23 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Theoretical Insights into Layered Metamaterials with Enhanced Thermal and Mechanical Properties
Pritzker School of Molecular Engineering, University of Chicago（芝加哥大学普里茨克分子工程学院）；Department of Physics, University of Chicago（芝加哥大学物理系）
本文通过层状蜂窝结构设计，提出一种优化热绝缘与机械刚性的超材料，利用有限元模拟预测其热导率为12.5 mW/(m·K)，优于现有陶瓷气凝胶，适用于极端环境和轻质航天结构。
2026-03-20 physics.app-ph
Exceptional points and scattering of discrete mechanical metamaterials
例外点（EP）是参数线性算子的复奇点，其中两个或多个特征值和特征向量合并。由于超材料在滤波、隐身和传感等方面的巨大潜力，超材料引起了人们越来越多的兴趣。本文利用离散的超材料模型，研究了电磁脉冲附近的能带拓扑和散射特性。EP的存在和它们的物理表现的问题将特别侧重于对称性的考虑和散射行为。这里使用可调参数的离散质量弹簧模型来阐明EP相关现象的基本形式。的传输和散射矩阵进行了分析，以提供实用的见解与互易性和基本对称性的限制。通过在频域中包括复刚度作为非保守机械损失或增益的表示，MM阵列可以被调谐以在EP处操作时实现双向透明或单向反射。这一分析研究将有助于理解EP在机械方面和微结构介质的新应用的设计。
2022-04-01 physics.app-ph
Mechanical activity and odd elasticity of passive, 2D chiral metamaterials
我们展示了一个一般的路线，使积极的，奇数弹性固体从被动手征元素，可以作为来源的机械工作，违反静力平衡没有内部的能源或动量。我们进一步证明，从一个离散的，牛顿力学的手征晶胞的观点出发，我们可以开发的连续场方程的各向同性的二维手征超材料，揭示了奇怪的弹性，同时阐明的结构-性能的关系支撑的手征，弹性模量，使机械活动的手征超材料。通过展示手征超材料在准静态变形循环中的能量增益，我们展示了一种设计可以在零频率下工作的主动非互易机械超材料的新途径。
2021-09-10 physics.app-ph physics.class-ph
EMetaNode: Electromechanical Metamaterial Node for Broadband Vibration Attenuation and Self-powered Sensing
Hong Kong Polytechnic University（香港理工大学）；Politecnico di Milano（米兰理工大学）；ETH Zürich（苏黎世联邦理工学院）；Zürich University of Applied Sciences (ZHAW)（苏黎世应用科学与艺术大学）
EMetaNode通过结合机电摩擦诱导超材料节点实现自供电传感和宽带振动抑制，为结构自主传感和振动控制提供新路径。
2026-01-13 physics.app-ph
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
Transition Waves in Mechanical Metamaterials with Neighbor-Programmable Energy Landscapes
Le Mans Université（勒芒大学）；CNRS（法国国家科学研究中心）；School of Engineering and Applied Sciences, Harvard University（哈佛大学工程与应用科学学院）；Department of Mechanical & Industrial Engineering, University of Toronto（多伦多大学机械与工业工程系）
通过邻域可编程能量景观实现机械超材料中可控的过渡波传播，拓展了超材料设计的可能性。
2026-03-10 physics.app-ph
From frequency-dependent models to frequency-independent enriched continua for mechanical metamaterials
本文提出一种基于额外运动学变量和时间逆傅里叶变换的程序，将力学超材料的频率依赖模型转换为频率无关的微形态丰富连续体模型，解决了负参数和非正定问题，并在频域色散曲线上保持响应一致。
2024-02-15 physics.app-ph
Deformation-induced topological transitions in mechanical metamaterials and their application to tunable non-linear stiffening
机械超材料是具有复杂晶胞结构的周期性晶格结构，可以实现超出块体材料能力的非凡机械性能。提出了一类新的超材料，其力学性能依赖于通过形成内部自接触而在拓扑结构中产生形变诱导的转变。所提出的原理的普遍性，证明了拉伸，压缩，剪切和扭转。特别是，它表明，通过挫折的软变形模式，可以产生大的高度非线性硬化效应。可调非线性弹性可以用来设计模仿生物组织复杂机械响应的材料。
2022-04-05 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Mechanical mode engineering with orthotropic metamaterial membranes
本文通过纳米图案化在氮化硅薄膜中引入人工各向异性弹性，实现机械模式分裂，各向异性达1.568，可用于基础研究和改进传感器。
2022-02-28 physics.app-ph
Intelligent mechanical metamaterials towards learning static and dynamic behaviors
本文提出基于格栅力学神经网络的反向传播框架，利用节点稳态高效训练一维和二维网络，实现静态变形控制、回归任务及无序网络波动带隙控制，为智能力学超材料设计提供高效物理学习平台。
2024-04-17 physics.app-ph
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
Effective description of anisotropic wave dispersion in mechanical band-gap metamaterials via the relaxed micromorphic model
本文采用各向异性弹性的弛豫微态材料模型来描述具有四阶对称性的带隙超材料的动力学行为。与其他连续统模型（柯西，Cosserat，第二梯度，经典的Mindlin-Eringen微观等）不同，松弛的微观形态模型被赋予以捕获目标超材料的主要微观和宏观特性，即刚度、各向异性、色散和带隙。我们的材料模型，同时生活在微观，中观和宏观尺度上的简单结构，只需要识别有限数量的频率无关，从而真正的本构参数，有效的静态和波传播分析在平面上。静态宏观和微观参数通过[30]中单元水平上的静态测试中的数值均匀化来识别。其余的惯性参数的动态分析校准的色散曲线上的相同的超材料，通过经典的布洛赫-Floquet分析两个波的方向。我们通过极坐标图证明，所获得的材料参数很好地描述了平面内所有波方向的结构材料的响应，从而覆盖了目标超材料的各向异性的完整全景。
2019-08-23 physics.app-ph
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
Symmetry Breaking Creates Electro-Momentum Coupling in Piezoelectric Metamaterials
超材料是一种旨在获得自然界中没有的特性的微观结构。Willis耦合是声学和固体力学中的一个缩影，它是指质点速度-应力耦合，由于它控制着机械波，因此具有重要意义。我们在这里揭示了新的耦合，类似威利斯耦合，当考虑与磁场，电场或热场机械相互作用的材料的模式。为此，我们开发了一个严格的均匀化方法的有效性能，这样的响应超材料。作为一个例子，我们将该格式应用于压电材料，并揭示了速度和电场的耦合。因此，响应性超材料中的威利斯耦合为通过调制外部刺激进行主动波控制开辟了新的途径。
2019-10-02 physics.app-ph
Parallel mechanical computing: Metamaterials that can multitask
本文提出了一种通过打破超表面构建块的时间不变性来自生成多个频移波束的方法，使模拟机械计算机能够在同一架构结构内利用独立“通道”同时执行多个计算任务，实现多任务处理。
2024-12-23 physics.app-ph
Physical learning in reprogrammable metamaterials for adaptation to unknown environments
Stanford University（斯坦福大学）
本文提出一种物理学习方法，利用结构力学驱动自适应，使可重编程机械超材料无需预计算即可实时适应未知环境，并兼具鲁棒性和可扩展性。
2025-10-07 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
Phase transitions in 2D multistable mechanical metamaterials via collisions of soliton-like pulses
在这项工作中，我们报告的观测相变在2D多稳态机械超材料中的超材料中的类孤子脉冲的碰撞发起。类似于晶体固体中的一阶相变，我们通过实验和数值计算观察到，如果新相满足或超过临界核尺寸，则多稳态超材料支持相变。如果满足这个标准，新的相位随后以过渡波的形式传播，将超材料的其余部分转换为新的相位。更有趣的是，我们观察到临界核可以通过类孤子脉冲的碰撞形成。此外，非线性脉冲的丰富的方向依赖行为使得能够控制成核的位置和生长相的时空形状。
2023-02-23 nlin.PS physics.app-ph
Micro-scale graded mechanical metamaterials exhibiting versatile Poisson's ratio
本文提出微尺度二维和三维功能梯度力学超材料，通过调节不同子结构单元比例实现从高度正到高度负的宽范围泊松比，并分析了组成变化对波传播速度的影响。
2023-05-26 physics.app-ph
Miura-ori tube metamaterial with tunable dynamic property
具有工程功能的结构和/或材料，能够实现对外部激励变化做出反应的目标机械响应，具有各种潜在的工程应用，例如航空航天、海洋工程、软机器人等。然而，可调的机械性能通常是通过仔细设计结构的架构来实现的，该结构通常是多孔的，导致即使使用最近出现的3D打印技术制造结构的复杂性。在这项研究中，我们表明，折纸技术可以提供一种替代的解决方案，以实现这一目标，通过仔细堆叠的经典三浦片到三浦ori管超材料和调整的折纸超材料的几何参数。通过结合数值和实验方法，我们已经证明了一个非常广泛的固有频率和动态响应的超材料可以实现。所提出的结构可以很容易地从一个单一的薄板制成的一种材料，同时具有更好的机械性能比三浦板。
2018-11-30 physics.app-ph
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
Simple arithmetic operation in latent space can generate a novel three dimensional graph metamaterials
本研究提出一种创新超材料设计策略，通过在解耦隐空间内进行简单算术运算，结合隐扩散过程生成多样化三维图状超材料，可用于多类结构的逆向设计，为理解隐设计空间、构建力学超材料统一生成模型奠定基础。
2024-05-21 physics.app-ph
Homogenized Models of Mechanical Metamaterials
针对机械超材料跨尺度直接仿真成本过高的问题，本文用变分方法推导微极型均质化模型，验证其对二维、三维晶格运动学及能量收敛的刻画能力，并开源全部实现。
2024-10-28 cond-mat.mtrl-sci 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
Uncovering and experimental realization of multimodal 3D topological metamaterials for low-frequency and multiband elastic wave control
本文提出并实验实现了一种利用多模态局域共振的三维拓扑超材料，可在多个低频带实现偏振、频率和层依赖的弹性波控制，填补了三维拓扑超材料仅能单高频带工作且缺乏实验验证的研究空白。
2023-05-08 physics.app-ph
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
Shape-to-Music: A Musical Representation for Structural Topologies of Mechanical Metamaterials
本研究提出基于声音的表示方法，通过图像映射和有限元分析将机械超材料拓扑转化为旋律，利用FFT分析区分设计，提供直观的听觉表征工具。
2025-08-28 physics.app-ph physics.optics
Two-Phase Topology Optimization for Metamaterials with Negative Poisson's Ratio
尽管3D打印技术的最新发展使得制造具有特征机械性能的超材料成为可能，但制造包含空腔的复杂形状并不容易。在这项研究中，包括两种类型的材料没有一个腔的复合结构进行了优化。此外，开发了可以使用增材制造方法制造的具有负泊松比的机械超材料。首先简要介绍了表征复合材料结构性能的均匀化方法。在此基础上，建立了实现负泊松比的优化问题，并提出了一种基于水平集的拓扑优化方法。最后，通过三维数值算例验证了该方法的有效性，并对优化设计的变形行为进行了数值分析。此外，使用3D打印机制造包含用于拉伸测试的具有负泊松比的优化设计的样品。我们进行了一些实验，以评估其机械性能。
2023-02-24 physics.app-ph
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
Disordered Continuity: Programming Resolution-Independent Stochastic Metamaterials with Differentiable Anisotropic Property Distribution
College of Mechanical and Electrical Engineering, Nanjing University of Aeronautics and Astronautics（南京航空航天大学机电学院）
针对多尺度随机超材料设计的计算复杂度与分辨率限制问题，提出两阶段方法：先优化可微分物理属性分布，再通过球谐函数生成旋节线微结构，实现分辨率无关的定制化机械功能（如应力调制、机械隐身）。
2025-11-13 physics.app-ph
Nonlinear waves at the free surface of flexible mechanical metamaterials
该研究探究了基于旋转方块机制的柔性机械超材料自由表面的非线性脉冲传播，证实其可支持稳定的表面非线性脉冲，揭示了脉冲与线性色散表面模相互作用越小稳定性越高的规律，并给出了优化几何结构的指南。
2022-11-17 nlin.PS physics.app-ph
SAW interdigitated transducers as topological mechanical metamaterial
建立了一种描述声表面波叉指换能器（IDT）各电极机械位移和电流的格点模型。叉指换能器的每个电极被视为一个质量块，它通过弹簧与相邻的电极机械连接，并通过电容器与相邻的电极电气连接。一个典型的SAW叉指换能器的导纳进行了模拟，并与精确的有限元法模拟的结果进行了比较。通过模拟称为打嗝谐振器的IDT结构的导纳来证明该晶格模型的实用性，该IDT结构在带隙的中心具有模式。它示出在这里，该模式是一个拓扑保护的边缘状态所描述的1D Su-Schrieffer-Heeger（SSH）模型。打嗝谐振器已经在商业产品中使用了几十年，因此它可以被认为是第一种大规模生产的拓扑机械超材料。
2019-10-24 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Self-deployable contracting-cord metamaterials with tunable mechanical properties
UCLA（加州大学洛杉矶分校）；Georgia Tech（佐治亚理工学院）
受按压木偶启发，研究人员提出由带锥形凹凸界面珠体和收缩致动器组成的自部署收缩绳超材料设计策略，可通过颗粒阻塞实现部署后刚度与阻尼的大范围连续调节，为相关领域应用提供新路径。
2024-07-08 cs.RO physics.app-ph
Optimised graded metamaterials for mechanical energy confinement and amplification via reinforcement learning
描述了一种设计优化的梯度超材料用于机械能限制和放大的强化学习方法。通过邻近策略优化算法，训练增强代理以最佳地设置谐振器阵列的长度和间距。设计优化问题是正式的马尔可夫决策问题，通过分裂成一个离散的决策数的优化过程。作为由局部共振的空间分布支配的梯度超材料的物理，可能的配置的空间通过使用用于共振器布置的连续函数来约束。已进行了初步的分析调查，通过处理它作为一个局部共振系统的分析系统的色散特性。优化过程的结果证实了以前的调查结果，突出了所提出的方法的有效性和鲁棒性的梯度谐振器的系统时，用于机械能限制和放大。谐振器间距的作用被示出为相对于谐振器长度是次要的，或者换句话说，相对于谐振器的振荡频率是次要的。然而，还证明了减少谐振器的数量可能是有利的。还由于分析持续时间的自适应控制，与谐振器长度和间隔的联合优化相关的结果通过几乎唯一地在扩大采集器振荡发生的时间而不放大这些振荡的情况下工作，显著地克服了先前已知系统的性能。所提出的程序是适合于应用到广泛的设计优化问题，其中的设计选择的效果可以通过数值模拟进行评估。
2023-02-24 physics.app-ph
Spectral Design of Active Mechanical and Electrical Metamaterials
活性物质在生物学中无处不在，在材料科学中变得越来越重要。虽然许多活性体系已经在实验和理论上进行了详细的研究，但功能活性材料的一般设计原则仍然缺乏。建立在最近开发的线性响应优化（LRO）框架，我们在这里证明了非线性有源机械和电路的频谱可以设计类似的线性无源网络。
2020-03-21 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Dependence of the kinetic energy absorption capacity of bistable mechanical metamaterials on impactor mass and velocity
使用耗散或散射的替代机制，双稳态结构和机械超材料已经显示出通过可逆地将能量锁定到应变材料中来减轻冲击的有害影响的前景。在这里，我们通过双稳态超材料的冲击吸收扩展以前的工作，计算探索的依赖性的动能传输的速度和质量的冲击，应变率超过$10^2$的$^{-1}$。我们观察到一个很大的依赖于两个冲击参数，从显着更好的性能比比较线性材料差。然后，我们相关的孤立波形成的系统中的性能的变化，并给出分析估计的理想化的能量吸收能力下的动态加载。此外，我们发现一个显着的依赖阻尼伴随着系统内的孤立波传播的定性差异。本研究揭示的复杂动力学为双稳态超材料应用于包括人类和工程系统冲击和冲击保护装置在内的应用提供了潜在的未来指导。
2023-01-22 nlin.PS physics.app-ph
Can confined mechanical metamaterials replace adhesives?
机械超材料的研究受到了广泛的关注，但其广泛应用仍处于停滞状态。这些材料通常被认为是独立的，相对于所有特征长度尺度仅与材料本身的几何形状相关联。在这项工作中，我们提出了新的应用机械超材料的界面区域连接两种材料的潜力，取代散装粘合剂。这个想法导致了超材料和粘合剂接头的范式转变。具体地说，我们概述了在断裂力学框架内测试和评估受限晶格材料的方法。理论和数值方法交织，揭示了一组关键参数，需要考虑在设计过程中。拉伸和弯曲为主的晶格进行了探索，并提出了故障图，表示敏感性取决于一定的故障模式的水平的限制和特征尺寸的每个晶格的单元格。
2021-08-16 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other cond-mat.soft
Synthetically Non-Hermitian Nonlinear Wave-like Behavior in a Topological Mechanical Metamaterial
本文通过大变形准静态模拟与实验研究二维拓扑 Maxwell 晶格，发现谐波产生、局域畴切换和孤立波等非线性波现象，并将其映射到非厄米非互易一维波动方程，揭示二维拓扑变形场与一维主动系统非线性动力学的等价性，拓展了拓扑力学超材料在智能材料与力学逻辑中的应用潜力。
2022-07-19 cond-mat.soft physics.app-ph
A Substructure Perturbation Method for Systematic Design of Mechanical Metamaterials with Programmed Functionalities
针对机械超材料设计难度大、计算成本高的问题，提出子结构扰动方法（SSPM），可高效设计可编程变形的超材料，速度比现有最先进方法快两个数量级，且经实验验证有效。
2024-09-26 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Bending dominated response of layered mechanical metamaterials alternating pentamode lattices and confinement plates
对由五模网格和加劲板交替排列而成的单层和多层体系的弹性响应进行了数值研究。进行有限元模拟，以分析这种结构的有效弹性模量的依赖于合适的纵横比，其特征在于在微观和宏观尺度的通用五模层的几何形状，和分层结构的层压方案。给出的数值结果突出表明，所研究的结构表现出弯曲为主的响应，并能够实现低的有效剪切模量值，同时，高的有效压缩模量值。我们得出的结论是，限制五模晶格可以被视为一种新型的超材料，非常适合于地震隔离和冲击保护的目的。它们的弹性响应可以通过几个几何和机械设计变量进行微调。
2019-11-30 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Mechanical modeling of innovative metamaterials alternating pentamode lattices and confinement plates
本研究探讨一类新型的机械超材料交替五模晶格和加劲板的力学行为。这种晶格的晶胞由面心晶胞的子晶格组成，面心晶胞通常在关于五模材料的当前文献中分析。所研究的系统表现出只有三个软变形模式在无限小拉伸为主的制度，而不是五个零能量模式的无约束五模晶格。我们开发的垂直和弯曲刚度特性的分析公式，并研究这些量的主要设计参数的依赖关系：晶格常数，固体体积分数，杆的横截面积，和层厚度。一个值得注意的结果是，所分析的结构的有效压缩模量等于三分之二的杨氏模量的最硬的各向同性弹性网络目前在文献中，伴随着零刚度对无穷小的剪切和扭转机制。使用拟议的超材料作为新型的地震隔离设备和冲击保护设备进行了讨论，通过绘制与替代设备的响应比较已经可用或正在开发中。
2019-11-30 cond-mat.soft physics.app-ph
Morphogenetic mechanical metamaterials: Emerging tensor properties from self-organized structures
University of Limoges（利摩日大学）；CNRS（法国国家科学研究中心）；XLIM（XLIM研究所）；Institut universitaire de France (IUF)（法国高等研究院）；IRCER（陶瓷与复合材料研究与创新中心）；IUT du Limousin（利穆赞理工学院）
该研究受生物形态发生启发，提出去中心化生成模型，通过适配Turing反应-扩散概念，实现无需优化循环的目标正交各向异性机械超材料设计，经机械隐身实验验证其有效性。
2026-08-28 physics.app-ph physics.comp-ph
Active magneto-mechanical metamaterial with the wave transmission and Poisson's ratio controlled via the magnetic field
本文提出一种可通过外部磁场大小和方向远程调控的磁力机械超材料，实现了泊松比从强拉胀到正值的连续切换以及声子带隙的主动调控，为可远程控制的机器人和智能减振器提供了新途径。
2025-03-10 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Fracture and size effect in mechanical metamaterials
本研究采用变分方法结合Γ展开法分析力学超材料的断裂与尺寸效应，给出八面体框架二阶修正表达式，揭示晶格屏蔽机制及反屏蔽效应，解释单元越粗材料越弱的实验现象。
2024-11-27 physics.app-ph physics.class-ph
Magneto-thermomechanically triggered active mechanical metamaterials -- untethered, reversible, reprogrammable transformations with shape locking
本文提出一种磁-热-机械协同方法，利用形状记忆聚合物与结构失稳实现无系绳、可逆、低功耗的可重编程变形和形状锁定，为主动超材料与软体机器人设计开辟新路径。
2022-07-07 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Complex picking via entanglement of granular mechanical metamaterials
King’s College London（伦敦国王学院）
本文提出利用纠缠颗粒超材料的随机几何纠缠特性，通过电磁铁吸附与重激活机制，在传统夹爪难以胜任的场景下实现复杂目标物的稳健机器人抓取。
2024-07-25 cs.RO physics.app-ph
Deep learning for size-agnostic inverse design of random-network 3D printed mechanical metamaterials
Delft University of Technology (TU Delft)（代尔夫特理工大学）；Leiden University Medical Center (LUMC)（莱顿大学医学中心）
机械超材料的实际应用通常涉及解决逆问题，其目标是找到产生给定属性集的（多个）微架构。增材制造技术的有限分辨率通常需要解决特定尺寸的此类逆问题。因此，人们应该找到多个微结构设计，表现出所需的性能与给定的尺寸的标本。此外，候选微架构应该耐疲劳和断裂，这意味着峰值应力也应该最小化。这样的多目标逆设计问题是非常难以解决的，但它的解决方案是机械超材料在现实世界中应用的关键。在这里，我们提出了一种名为“Deep-DRAM”的模块化方法，它结合了四个解耦模型，包括两个深度学习模型（DLM），一个基于条件变分自编码器（CVAE）的深度生成模型（DGM）和直接有限元（FE）模拟。Deep-DRAM（用于随机网络超材料设计的深度学习）将这些模型集成到一个统一的框架中，能够为这里提出的多目标逆设计问题找到许多解决方案。集成框架首先将所需的弹性属性引入DGM，DGM返回一组候选设计。然后将候选设计与目标样本尺寸一起传递到DLM，DLM根据样本尺寸预测其实际弹性特性。在基于实际属性与期望属性的接近度的过滤步骤之后，最后一步使用直接FE模拟来识别具有最小峰值应力的设计。
2022-12-22 cs.LG physics.app-ph
On-chip higher-order topological micromechanical metamaterials
高阶拓扑绝缘体由于能够在单个芯片上集成多个维度的稳定边界态，具有多维拓扑物理和独特的应用价值。然而，对于高频机械系统中的信号处理应用，高阶拓扑机械材料的当前实现仍然限于用于千赫兹或更低频率的大规模系统。在这里，我们报告的实验观察的芯片上的微机械超材料作为高阶拓扑绝缘体的高频机械波。高阶拓扑声子带隙是由布里渊区拐角处的带反转引起的，该带反转是通过配置在硅芯片上蚀刻的椭圆柱的取向来实现的。通过一致的实验和理论，我们证明了在兆赫频率范围内由高阶能带拓扑引起的拓扑边缘态和角态的共存。具有高阶拓扑结构的片上微机械超材料的实验实现为基于集成平台中的兆赫机械波的应用打开了一个机制，其中边缘和角状态分别充当稳定的波导和谐振器。
2020-10-08 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Modulation instability in nonlinear flexible mechanical metamaterials
本文通过集总元件建模与多尺度方法推导非线性薛定谔方程，研究一维柔性力学超材料中调制不稳定性的产生条件，并揭示旋转-位移耦合的关键作用，为非线性超材料设计提供稳定或失稳准则。
2022-11-15 nlin.CD nlin.PS physics.app-ph
Variable Dual Auxeticity of the Hierarchical Mechanical Metamaterial composed of Re-entrant Structural Motifs
在这项工作中，提出了一种新的分层机械超材料，是由凹入桁架晶格元素。它示出，该系统可以变形非常不同，可以表现出一个通用的程度的拉胀行为取决于其铰链的厚度的一个小的变化。此外，取决于哪个层级正在变形，整个结构可以表现出与独特的变形机制相对应的不同类型的拉胀行为。这导致双拉胀结构，其中两种拉胀机制之间的相互作用决定了系统的演化。它还表明，根据特定的变形模式，它是可以观察到一个非常不同的行为的结构中的波的频率，可以通过系统传输。事实上，它表明，即使是一个非常小的变化，在系统的参数设计可能会导致一个显着不同的带隙形成，可以是有用的可调谐振动阻尼器或传感器的设计。控制拉胀程度的可能性也使得所提出的超材料从保护和生物医学装置的角度来看非常有吸引力。
2022-11-11 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Pattern Formation in Robotic Mechanical Metamaterial
University of California, San Diego（加州大学圣地亚哥分校）
本文提出机器人机械元材料作为研究非平衡系统模式形成的新平台，通过调节反馈参数实现位移场的空间-时间振荡，提供第一性原理分析方法。
2025-06-21 nlin.AO nlin.PS physics.app-ph
