新型力学超材料为智能科技发展带来新思路

2022年9 月 12日，国防科技大学的研究者们提出一种原创性的智能超材料设计方法，相关研究作为封面文章发表于《自然—材料》期刊。

智能材料是智能装备与结构设计的基础。然而常规材料一旦制备，特性就几乎不能改变，部分材料在高温相变时才能呈现一定的调节性，不具备工程实际可操作性。因此，研究团队提出了基于多功能动态基元和易变-牢固耦合模式的智能可编程机械/力学超材料设计范式，设计了基于齿轮的智能超材料，突破了宏观与微观、金属基和复合材料基超材料的集成一体化制造和集成驱动技术，实现了金属基材料的大范围、连续、快速调节。该材料可以根据不同的“命令”，在齿轮旋转时，使坚固的材料变得更坚硬/更柔软/变形。超材料的可调性取决于其内置中空部分的形状。团队设计了形似太极图的齿轮，其形状以螺旋方向为特征，可以提供平滑的变化和极性。

这种基于齿轮的力学超材料可使机器部件实现刚度可调的同时，保持结构强稳定。有关齿轮基超材料应用，研究团队表示，对于机器人，可调刚度腿/执行器能够提供高刚度以在行走时稳定支撑重物，低刚度则在跳跃或跑步时提供减震保护；航空发动机挂架系统中需要类似的可调刚度隔离器，以在不同飞行阶段保持最佳性能和效率。

左图为形似太极的机械齿轮设计。