近日，上海交大機(jī)械系統(tǒng)與振動(dòng)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室何清波教授、彭志科教授團(tuán)隊(duì)在Cell姊妹刊Matter上在線發(fā)表了題為“Stimuli-responsive metamaterials with information-driven elastodynamics programming”的研究論文，提出了信息驅(qū)動(dòng)的彈性動(dòng)力學(xué)編程概念，創(chuàng)造了一種結(jié)構(gòu)振動(dòng)感知信息的新方式。論文的第一作者是博士生李崇，通訊作者是彭志科教授和何清波教授。
生物的刺激響應(yīng)性是一種對(duì)外界環(huán)境刺激表現(xiàn)出適應(yīng)性功能反應(yīng)的能力，例如含羞草感知環(huán)境振動(dòng)而自適應(yīng)合攏，捕蠅草感知獵物觸碰而自適應(yīng)捕蟲，松果感知環(huán)境濕度而自適應(yīng)變形等。生物的刺激響應(yīng)性也啟發(fā)了人們對(duì)功能型智能材料的廣泛研究。目前，刺激響應(yīng)性材料能夠改變物理或化學(xué)性質(zhì)(如形狀、顏色或硬度等)以響應(yīng)外部刺激，已有研究仍局限于可編程的彈性靜力學(xué)特性，來設(shè)計(jì)功能型的形態(tài)變化。然而，在刺激響應(yīng)材料系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)彈性動(dòng)力學(xué)特性的可編程仍然是一個(gè)重大的挑戰(zhàn)，在用來探索構(gòu)建全材料仿生智能系統(tǒng)中，具有非常重要的研究價(jià)值。
信息驅(qū)動(dòng)彈性動(dòng)力學(xué)編程的刺激響應(yīng)超材料
為了解決這一動(dòng)力學(xué)難題，研究人員設(shè)計(jì)了一種實(shí)現(xiàn)信息驅(qū)動(dòng)彈性動(dòng)力學(xué)編程的仿生刺激響應(yīng)超材料，該材料通過模擬含羞草葉片的刺激閉合行為，表現(xiàn)出感知環(huán)境變化的刺激響應(yīng)能力。研究首次提出了信息驅(qū)動(dòng)彈性動(dòng)力學(xué)編程的概念，即外部刺激信息以彈性動(dòng)力學(xué)特性的形式編程寫入所提出的超材料系統(tǒng)，然后通過對(duì)系統(tǒng)中傳輸?shù)膹椥圆ㄐ畔⑦M(jìn)行解碼讀取。研究提出的刺激響應(yīng)彈性超材料由形狀記憶諧振器構(gòu)成，其結(jié)構(gòu)狀態(tài)在環(huán)境刺激下發(fā)生自適應(yīng)閉合，并且局域共振狀態(tài)由無序態(tài)變?yōu)橛行驊B(tài)。研究人員提出了自適應(yīng)無序—有序共振轉(zhuǎn)換動(dòng)力學(xué)理論，設(shè)計(jì)了具有不同共振狀態(tài)的超材料單胞，進(jìn)一步構(gòu)造了多種超材料超胞，最后搭建了刺激響應(yīng)超材料網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。在環(huán)境信息刺激下，超材料網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的局域共振狀態(tài)發(fā)生轉(zhuǎn)變，且被自適應(yīng)地編程到整個(gè)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的全局動(dòng)力學(xué)響應(yīng)中，從而實(shí)現(xiàn)了信息驅(qū)動(dòng)的彈性動(dòng)力學(xué)編程。
這一概念創(chuàng)造了一種全新的機(jī)械式讀寫操作，實(shí)現(xiàn)了一種全材料結(jié)構(gòu)下刺激信息的本體感受。論文通過對(duì)振動(dòng)刺激信息的感知，展示了在刺激信息交互、感知編碼計(jì)算和物聯(lián)網(wǎng)物理加密方面具有廣泛的應(yīng)用前景。此外，這一工作還可能為全材料智能系統(tǒng)打開新的機(jī)遇，并對(duì)全材料智能信息感知裝置的設(shè)計(jì)產(chǎn)生廣泛的影響，如傳感、計(jì)算和通信等。
研究工作得到了國家自然科學(xué)基金創(chuàng)新研究群體和面上項(xiàng)目等的資助。近年來，何清波教授在機(jī)械裝備動(dòng)態(tài)監(jiān)測與故障診斷領(lǐng)域，開展了為結(jié)構(gòu)賦予智能的前沿探索研究，在彈性波編碼感知技術(shù)方面取得了創(chuàng)新性成果。
論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.matt.2021.11.031
上海交大
機(jī)械動(dòng)力學(xué)院
上海交大
機(jī)動(dòng)本科教務(wù)辦
SJTU機(jī)動(dòng)研教辦
上海交大
機(jī)動(dòng)校友辦
上海交大MEM
SJTUME基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)與創(chuàng)新實(shí)踐
SJTUME錘錘
上海交大
機(jī)動(dòng)研究生會(huì)
ME微紅旗
ME礪遠(yuǎn)學(xué)術(shù)
SJTUME職業(yè)發(fā)展中心
學(xué)院OA系統(tǒng)
jAccount登錄
ENGLISH
地址：上海市東川路800號(hào)上海交通大學(xué)閔行校區(qū)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院
郵編：200240
Email：sjtume@sjtu.edu.cn