螺旋张拉整体超材料：实现压缩-扭转耦合与负能量耗散的仿生智能结构

《Advanced Functional Materials》：Twist, Recover, Repeat: Helical Tensegrity Metamaterials with Compression-Torsion Coupling, Negative Dissipation, and Programmable Energy Response

来自国际前沿团队的研究人员开发了一种受DNA双螺旋启发的螺旋张拉整体超材料，通过左右手性四杆单元实现压缩-扭转耦合、非线性刚度和结构自适应。该材料在准静态加载下展现显著的自恢复特性（10 000次循环后刚度仅下降5.6%），高速压缩时出现负能量耗散现象（300–500 mm min?1），多单元组装体呈现≈?1负泊松比和可编程刚度。冲击测试表明其具有高能量吸收和≈70 ms快速形状恢复能力，为可穿戴防护、机器人和航空航天领域提供新型抗冲击材料平台。

　　

受DNA双螺旋结构启发，研究人员开发出具有互补左右手性四杆单元的螺旋张拉整体（Helical Tensegrity）机械超材料，该结构展现出独特的压缩-扭转耦合效应、非线性刚度特性与结构自适应能力。在准静态加载条件下，单胞单元表现出明显的轴向压缩与扭转变形耦合行为，并呈现非线性力-位移和角度-位移响应。材料具备卓越的自恢复性能和抗疲劳特性，在10 000次压缩循环后仅出现5.6%的刚度衰减。

在高压缩速率条件下（300–500 mm min^?1），材料出现负能量耗散现象——由于几何驱动的惯性回弹效应，卸载力反而超过加载力。多胞组装体表现出约?1的负泊松比（Negative Poisson's Ratio）和准各向同性响应，其刚度可通过杆件倾角、缆索长度等几何参数进行编程调控。冲击试验和压痕测试证实材料具有高能量吸收能力和约70 ms的快速形状恢复特性，载荷分担效应使局部强度提升达47%。

这种仿生架构将几何智能与机械功能相融合，为可穿戴防护装备、机器人系统和航空航天领域创建了可重复使用的抗冲击超材料平台。