Механический интеллект: прорыв в мягких композитах

Команда исследователей разработала мягкие композитные системы, обладающие программируемыми, асимметричными механическими откликами. Интегрировав 'переходы сдвигового захвата' в податливые полимерные твердые тела, эта новаторская работа улучшает ключевые функциональные свойства материалов, необходимые для создания 'механо-интеллектуальных' систем. Это значительный шаг на пути к разработке умных материалов и устройств нового поколения.

В таких инженерных областях, как мягкая робототехника, синтетические ткани и гибкая электроника, материалы с направленно-зависимыми откликами на внешние воздействия имеют решающее значение для реализации интеллектуальных функций. Однако традиционные методы достижения такой асимметрии часто опираются на структурные нелинейности дискретных метаматериалов, которые чрезвычайно чувствительны к дефектам и разрушениям.

В противовес этому, новый подход, предложенный командой под руководством профессора Сюй Цинь с кафедры физики и профессора Ху Вэньци с кафедры машиностроения и аэрокосмической техники Гонконгского университета науки и технологий, использует мягкие композиты со сдвиговым захватом. Этот метод предлагает универсальную и надежную альтернативу с программируемыми характеристиками, устойчивыми к дефектам.

Научное и инженерное значение этого подхода:

• Многонаправленное управление: Разработанные мягкие композиты демонстрируют нереципрокное поведение как в сдвиговом, так и в нормальном направлениях, одновременно обеспечивая асимметричные свойства памяти формы.
• Программируемость и прочность: В отличие от хрупких, жестких метаматериалов, эти мягкие композиты легко программируются и отличаются высокой устойчивостью к разрушениям. Их механические свойства можно настраивать в различных масштабах через переход сдвигового захвата, что позволяет создавать индивидуальные характеристики для разнообразных применений.
• Активные и интеллектуальные материалы: Интегрировав эти структуры со сдвиговым захватом с пространственно-модулированными магнитными профилями, команда создала 'активные мягкие твердые тела', способные к направленному движению. Эти материалы функционируют как биоинспирированные мягкие роботы, способные перемещаться в ограниченных пространствах, и могут выполнять функции селективного контроля потока в качестве умных клапанов в микрофлюидных системах.

С научной точки зрения, исследование объединяет области физики гранулированных сред и науки о полимерах, создавая новый класс нереципрокных мягких материалов. С инженерной точки зрения, оно устанавливает мощную стратегию проектирования для широкого спектра мягких композитов с направленно-зависимыми и адаптивными откликами.

Этот подход не только представляет собой критически важный путь к достижению механического интеллекта, но и открывает двери для создания умных, энергоэффективных материалов, способных к интеллектуальному взаимодействию с окружающей средой.