突弹跳变不稳定性普遍存在于自然生物系统中，以确保动植物生存。例如，捕蝇草叶片可以通过在两种稳定的平衡状态（打开的凸形和闭合的凹形）之间快速切换来捕获猎物，以及其他突出的例子（例如，蜂鸟快速闭合的喙，雀尾螳螂虾的极快速打击，以及高速奔跑中猎豹的脊椎）。最近，在设计中集成突弹跳变不稳定性以产生双稳态，多稳定性，或可编程行为等方面取得了重大进展，但对突弹跳变不稳定性的利用仍然缺乏灵活的功能应用和与信息相结合的能力。主要有三个局限性：i）单胞基序的单一变形模式，ii）有限的设计空间，以及iii）变形运动与信息相结合的障碍。超材料的最新发展引入了一种灵活且实用的组装策略，该策略不局限于制造技术，可以集成多种材料系统。如何基于装配策略巧妙地利用双稳态单元已成为拓宽灵活功能应用的基石。然而，传统的双稳态元素，如受约束的倾斜/余弦梁或三维浅穹顶等，受其固定边界约束的限制导致其具有有限的变形模式和单一的功能特性。这一局限性对利用双稳定性实现高级功能应用提出了挑战。因此，开发面向功能/应用的双稳态单胞基序是非常必要的，这有利于开发创新功能，例如图案加密设备，可编程摩擦纳米发电机，传感/记忆设备和逻辑计算装置等。

  针对以上问题，哈尔滨工业大学（HIT）冷劲松院士团队近日在《Advanced Functional Materials》上发表题为“A Flexibly Function-Oriented Assembly Mechanical Metamaterial”的文章。

图1 概述图。A）受青蛙跳跃过程中后腿启发的双稳态单胞基序的演化改进设计过程以及其具有代表性的双稳态力-位移（F-D）曲线。B）单胞基序的几何参数（初始倾斜角度θ，臂厚度t和间隙f），1/4单胞基序的典型简化变形图，以及利用齿轮、轴承和框架构建的具有理想边界约束的装配示意图

图2 可按需组装的功能性力学曲线探索

图3 机械-温度双模式图案加密-解密策略

图4 非易失性机械逻辑超材料

  综上所述，他们提出了一种受青蛙跳跃过程中后腿启发的单胞基序，并提出了一种灵活的超材料组装策略。这种异质组装有效地提供了广泛的设计空间，并能够实现许多面向功能的应用，例如缓冲器、能量吸收器、图案加密和机械逻辑计算设备。基于不同力学性能的单胞基序，通过有限元和实验方法验证了组装具有定制功能特性机械超材料的可行性。此外，所引入的图案加密策略可以实现可逆、可重编程、更安全的双模式加密/解密。最后，构建了5个基本的机械逻辑门和一个组合半加法器，可以很好地执行非易失性逻辑运算。展望未来，放大的力输出，机器学习或新的计算框架可能是非易失性机械逻辑计算的理想研究方法。并且，将刺激响应特性引入装配策略将是组装力学超材料未来研究的重要手段，这将使其更加智能化。

  论文的第一作者哈尔滨工业大学博士生岳成斌，副教授赵伟为论文共同第一作者，刘彦菊教授和刘立武教授为共同通讯作者，哈尔滨工业大学冷劲松院士，副教授李丰丰，博士生李炳勋为共同作者。该研究工作得到了国家自然科学基金大力支持。

  论文链接：https://doi.org/10.1002/adfm.202316181