近日，浙江大学百人计划研究员焦鹏程以第一作者（浙江大学海洋学院为第一作者单位）在 Nature Communications 发表了题为《Mechanical metamaterials and beyond 》的综述论文。该论文在回顾总结力学超材料最新研究进展的基础上，提出了力学超材料在“超”力学领域的实现策略，探讨了实现“超”力学性能的技术挑战，并对下一代“超”力学超材料设备系统的发展前景进行了展望。

力学超材料是一类由人工微结构胞元周期性构筑的结构化材料，具有天然材料不具备的超常静力学/动力学性能，如负泊松比（负变形）、负热膨胀、负刚度和可调控多稳态响应等。力学超材料通过微结构胞元调控力学性能，已经广泛应用于结构、航空航天和生物医药等工程领域，例如抗冲减震结构、吸能储能材料、可变形机翼、自折展太阳翼和拉胀血管支架等。随着研究领域的交叉拓展，力学超材料在监测感知、环境交互、信息处理存储、数据驱动的AI预测与逆设计等领域存在广阔发展空间，同时也面临一系列挑战。

力学超材料在监测感知、环境交互、信息处理存储、数据驱动的AI预测与逆设计等方面的研究进展

据此，焦鹏程课题组与美国匹兹堡大学助理教授Amir H. Alavi、美国约翰霍普金斯大学助理教授Jochen Mueller、美国宾夕法尼亚大学副教授Jordan R. Raney、美国加州大学伯克利分校助理教授Xiaoyu (Rayne) Zheng等学者开展合作研究，系统总结了力学超材料在监测感知、环境交互、信息处理存储、数据驱动的AI预测与逆设计等方面的研究进展及“超”力学超材料的优越性能，提出了力学超材料在信息智能化等“超”力学领域的实现策略，即通过在电学或热学等功能材料中引入周期性微结构的方法一体化设计制备微功能胞元，在保持优越力学性能的同时，运用结构化方法实现可调控的力-电或力-热等“超”力学响应；探讨了力学超材料在包括微功能胞元的实现技术与制备精度，由大量不同微功能胞元构筑功能器件的深度集成技术，功能器件的稳定性、耐久性与生物相容性，基于AI预测与逆设计的性能优化技术等方面的技术挑战；同时还展望了“超”力学超材料的发展前景，即通过组合不同类型的“超”力学超材料实现自主获取、处理和响应外部激励等，为设计开发下一代具有环境交互能力和自适应性的信息智能化“超”力学超材料设备系统提供了研究思路。

下一代信息智能化“超”力学超材料设备系统

此前，焦鹏程课题组已围绕力学超材料的力-电、力-热等“超”力学性能，开展了机理分析与工程应用研究，揭示了折纸摩擦超材料的力-电机理、手性形状记忆超材料的力-热机理，研发了跨海桥梁自能量无线监测感知预警系统、海工水下结构监测机器人、自驱动压电柔性机器人、摩擦超材料逻辑运算器件等，并展望了力学超材料在深空微纳能源方面的应用，成果均在国际知名期刊发表。

据了解，近年来，焦鹏程已发表SCI论文110余篇，Google Scholar 引用2900余次，授权国内外发明专利20余项、出版全英文著作2部。

（王佳骏）

论文原文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-023-41679-8