北航PNAS：用于可编程超材料的“机械”傅里叶变换

针对目标非线性力学行为主动对材料进行编程，对于实现先进设备和系统的可定制功能至关重要，从而引发了对快速、高效的逆设计策略的持续探索。北京航空航天大学航空学院潘飞副教授、陈玉丽教授与向锦武院士、材料学院管娟副教授合作提出了一种“机械傅里叶变换”策略，通过模拟傅里叶变换的概念来编程材料的力学行为。在该策略中，将任意目标力-位移曲线分解为多个余弦曲线和一个常值曲线，每个曲线通过合理设计的阵列结构超材料中的多稳态模块实现。不同形状的目标曲线可以通过对模块的调幅进行快速编程和重新编程。用基于磁体晶格的宏观原型和基于蚀刻硅片的微观原型验证了两种典型的超材料，从而验证了该策略。该方法可用于不同尺度、不同材料组分和不同结构构型，为先进材料和结构的设计提供了新的指导思路。

研究成果以“Mechanical Fourier transform for programmable metamaterials”为题发表于PNAS。航空学院博士生林新为文章第一作者，潘飞副教授和陈玉丽教授为共同通讯作者。北京航空航天大学为第一完成单位和唯一通讯单位。

【图文导读】

图1.“机械”傅里叶变换定制方法示意图

图2.宏观尺度样例：磁铁力学超材料及其对典型目标曲线的实验定制结果

图3.微观尺度样例：刻蚀硅片阵列及其对典型目标曲线的仿真定制结果

论文地址：https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2305380120

本文参考：http://news.buaa.edu.cn/info/1005/59815.htm