近日，北京理工大学大学宇航学院朱睿教授、胡更开教授研究组联合天津大学陈焱教授研究组和美国密苏里大学黄国良教授在可重构力学超材料研究方面取得新进展。相关成果以“Engineering zero modes in transformable mechanical metamaterials”为题，在Nature Communications上发表[Nat Commun (2023) 14:1266]。北京理工大学为第一通讯单位，北京理工大学宇航学院朱睿教授、天津大学陈焱教授为共同通讯作者，北京理工大学博士生胡洲和天津大学博士生魏志波为共同一作。该工作得到了国家自然科学基金委的资助。
力学超材料的微结构赋予了它自然材料不具备的超常特性，如负泊松比、梯度刚度、非互易响应等，也为现代工程装备材料设计中急需解决的高效波动能量耗散与调控问题提供了新思路。通过引入微机构，力学超材料内可以产生易变形的机构位移模式（也称为零能模式），从而实现更丰富的动态波调控。模块化折纸技术为三维力学超材料的微机构设计带来了多种零能模式和可重构特性，在宽低频波动控制方面有着巨大的应用前景，如基于三维五模超材料的宽低频水声”隐身”斗篷。其它模式超材料也有着新颖独特的应用。然而，能够覆盖零模、一模、二模、三模、四模、五模乃至六模力学超材料的系统设计方法至今仍未被提出和实现。

该论文的研究人员提出了一种零能模式可调的三维力学超材料，通过设计机构自由度相互解耦的三维模块化折纸结构，首次实现了从零模式到六模式的设计空间覆盖以及构型之间的可逆转换。此外，研究人员采用3D打印技术制备了由热塑性聚氨酯构成的样品，验证了多种参数配置下超材料的静力学特性和可重构属性，并对弹性波的可编程极化控制功能进行了探索和验证，为可编程变构型超材料在声学、光学、电磁学等多个领域的应用提供了参考。
上述研究探索了将机构概念进一步引入结构和材料动态设计中，为新型力学超材料设计提供了理论支撑，不仅有利于发现新的波动能量传播现象和控制方式，同时也有望解决工程中迫切需要解决的宽低频波动控制难题，体现了跨学科（机械-力学）合作研究的优势。
论文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-023-36975-2