Modeling and computation of the effective elastic behavior of parallelogram origami metamaterials
本文开发了一种有效弹性模型和数值方法，基于有效板理论并通过非线性几何相容性约束和能量惩罚，研究平行四边形折纸超材料在广泛载荷下的大变形响应，并利用有限元方法在Firedrake平台上对Miura和Eggbox折纸进行了分析。
2025-05-30 cond-mat.soft
Elastic chiral Landau level and snake states in origami metamaterials
该研究通过线性调制折纸超材料 Dirac 方程的质量项产生垂直合成规范场与赝磁场，实现手性第零朗道能级及耦合诱导的弹性蛇形态，为波导和隐身应用提供框架。
2023-07-17 cond-mat.soft 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
Conservative yet constitutively odd elasticity in prestressed metamaterials
University of Northern Colorado（北科罗拉多大学）；Emory University（埃默里大学）
本文提出基于“隔代奇弹性”的设计原理，利用各向异性平衡预应力在超材料中产生反对称本构响应，驱动临界失稳，实现解耦波导模式与自旋波，为可调机械波控制提供新途径。
2026-09-17 cond-mat.soft
3D Topologically Polarized Elastic Metamaterials Enable Asymmetric Energy Isolation at Low Frequencies
Beijing Institute of Technology（北京理工大学）；Nanjing University of Science and Technology（南京理工大学）
研究3D拓扑极化弹性超材料，通过含弯曲刚度的3D结构实现全向拓扑弹性，将零频状态提升为有限频模式，局域于单个边界，实验和数值结果证实其能实现强大非对称能量隔离，为3D超材料应用提供范例。
2026-07-21 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Geometrically frustrated, mechanical metamaterial membranes: Large-scale stress accumulation and size-selective assembly
该研究探究几何阻挫对机械超材料薄膜的作用，通过理论与模型发现其应变能幂律增长更弱，自限制组装尺寸范围较弹性薄膜提升数倍。
2024-06-24 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Non-Hermitian Topological Metamaterials with Odd Elasticity
我们在一维和二维晶格中建立了非厄米拓扑力学，这些晶格由导致奇弹性的元梁连接的质点组成。从一维系统中的“非厄米趋肤效应”扩展，我们证明了这种效应在二维晶格中，体弹性波指数本地化在两个晶格方向。我们澄清了一个适当的定义的Berry相位在非厄米特系统中，我们的特点的晶格拓扑结构和显示的出现的拓扑模式的晶格边界。由于$\mathcal{PT}$对称性的破缺，拓扑模态的本征频率是复杂的，并且在阻尼区域中激励可以随时间呈指数增长。除了体模外，体带中还出现了附加的局域模，它们很容易受到微扰的影响。这些区别特征可以在各种活性材料和生物系统中表现出来。
2020-05-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft
Intrinsically polar elastic metamaterials
设计和制造具有定制机械性能的材料的能力，结合对损伤的免疫力，是材料工程的前沿。例如，在结构稳定性必须与柔软和顺应性表面相结合的应用中，例如在冲击保护和缓冲中，需要以取决于介质内部位置的弹性特性为特征的材料。弹性性能的梯度可以由单一材料建立，逐渐改变材料的体积孔隙率或其几何结构。然而，如果在生产时将这种梯度构建到材料中，随着时间的推移，损坏或磨损可能会暴露出不必要的弹性特性。在这里，我们实现了一个空间不均匀材料的设计原则的基础上拓扑带理论的机械系统。由此产生的不均匀性是稳定的，可以防止磨损，甚至可以将材料切成两半。我们展示了如何通过创建具有拓扑特性的周期性弹性材料，可以创建固有的极性行为，其中具有给定表面法线的面是刚性的，而其相对面是软的。
2017-07-05 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Soft Metamaterials: Adaptation and Intelligence
本文从软超材料与生物物质的角度出发，重点探讨了材料智能与适应性交叉领域的未来研究方向。
2022-05-04 cond-mat.soft physics.app-ph
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
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
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
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
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
Emergent Nonlocal Combinatorial Design Rules for Multimodal Metamaterials
本文提出一种类似转移矩阵的框架，用于设计组合力学超材料中的多个软模态，揭示了多模态设计需要约束简并及非局域全局约束规则，为多模态超材料的系统设计迈出第一步。
2023-12-20 cond-mat.soft physics.app-ph
Localizing softness and stress along loops in three-dimensional topological metamaterials
拓扑状态可用于控制沿着边缘或围绕局部缺陷的材料的机械性质。弹性网络的表面刚性由称为极化的体积拓扑不变量表征;具有明确定义的均匀极化的材料显示出取决于极化相对于终止表面的取向的显著的边缘柔软度范围。然而，在迄今为止提出的所有三维机械超材料中，拓扑边缘模式与体软模式和所谓的Weyl环混合。在这里，我们报告了一个有间隙的3D拓扑超材料的设计，具有均匀的偏振，显示相对表面上的软模式的数量之间的相应的不对称性，此外，没有散装软模式。然后，我们使用这种结构，包括缺陷结构-位错环-是独特的三维局部化的拓扑软模式的材料的内部区域。我们推导出一个一般公式，涉及软模式和状态的数量的差异本地化沿位错环的矢量三角形形成的晶格极化，伯格斯矢量，和位错线方向的手性。我们的研究结果提出了一种新的策略，预编程故障和软定位沿线的3D，同时避免扩展的周期性故障模式与外尔循环。
2017-08-04 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Design of energy absorbing metamaterials using stochastic soft-wall billiards
本文讨论了设计具有吸能和导波性能的人工材料的物理原理。这个想法是将轻粒子插入弹性耦合势阱的晶格中，代表所谓的随机台球的软壁版本。前面考虑过一个平面情形，即用一个线弹性弹簧将单个势阱连接到基底上，并包括一个或几个小粒子。在这里，我们分析了在一个一维晶格的三维势阱与轻粒子内的波的演化。通过指定对应于传播波的初始条件，我们发现，波可以通过增加粒子的质量而迅速被破坏，而某些形状的潜在容器通过增加晶格的温度提供了从容器链到混沌运动粒子的准单向能量流。
2020-08-07 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Rayleigh waves and cyclotron surface modes of gyroscopic metamaterials
我们研究了由于洛伦兹项而导致的时间反演和宇称对称性破缺的二维介质的弹性简正模。我们的出发点是一个弹性理论，捕捉各种系统的低能物理，如陀螺超材料，skyrmion晶格在薄膜手性磁体和某些维格纳晶体。通过集中在一个圆盘的几何形状，我们分析有限尺寸效应和研究低频形状振荡的磁盘。我们证明了瑞利表面波的出现从底部的激发光谱，并调查如何的曲率的磁盘边界修改其在长波长的传播。此外，我们发现了一个近回旋频率的波，几乎完全本地化的边界处的磁盘，但不同的瑞利波。它可以区别于后者的一个特征的激励模式在一个小区域附近的中心的磁盘。
2021-11-23 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.class-ph
Transformable topological mechanical metamaterials
机械超材料是一种工程材料，它从结构而不是成分中获得了显著的机械性能，如负泊松比、负压缩性、声子带隙和拓扑声子模。在这里，我们提出了一种新的设计原则，基于整个结构的均匀软变形，允许超材料立即和可逆地在具有对比的机械和声学特性的状态之间转换。这些性质受到整个结构的声子带的拓扑结构的保护，因此对无序和噪声具有高度鲁棒性。我们讨论的一般分类，表现出这种软变形的所有结构，并提供具体的例子来演示如何利用软变形转换系统之间的不同制度，使显着的变化，其属性，包括边缘刚度和声速，可以实现。
2015-10-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Fully-Polarized Topological Isostatic Metamaterials in Three Dimensions
本文在三维等静定结构中通过消除力学外尔线实现全极化拓扑力学相，使软模仅出现在特定表面并产生非对称刚度，为设计柔软自适应超材料提供新途径。
2024-09-05 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
