【从太极图中获取内部结构设计灵感，超“听话”的超材料诞生了！】记者9月12日从国防科技大学获悉，该校的研究者们提出一种原创性的智能超材料设计方法，实现了金属基材料刚度和形状的大范围、连续、快速调节，具有重要的科学意义和工程应用价值。
相关研究作为8月封面文章https://t.cn/A6SEOJHF近日发表于《自然—材料》，并被《自然》评为今年6月全球重要科技进展（全球共4项）。
齿轮簇实现机械性能调节
近年来，智能材料广受关注，它是智能装备与结构设计的基础。材料弹性的调节对于智能机器、机器人、飞机和其他系统非常必要。然而，常规材料一旦制备，特性就几乎不能改变，部分材料在高温相变时才能呈现一定的调节性，但不具备工程实际可操作性。
“机械/力学超材料是具有超出常规材料力学性能的结构功能材料，为高性能装备设计提供了前沿技术支撑，但传统超材料设计方法依然无法实现稳定连续的参数控制，需要颠覆性设计思维才能突破该瓶颈。”该校智能科学学院振动与噪声控制研究团队带头人、论文共同通讯作者温激鸿表示。
“限制力学超材料实现智能化调节的根本原因在于传统超材料的设计都遵循同一种模式，即将梁、杆、板等单功能的承载基元用固定或屈曲结点连接构成确定性拓扑结构，这种模式下，当受到应力、热或电磁场的刺激时，超材料会因为屈曲或旋转铰链而发生重构，从而改变刚度，同时会造成塑性变形且变化不连续，调节过程十分困难。”论文第一作者兼共同通讯作者、研究团队副研究员方鑫说。
为解决这个难题，研究团队提出了基于多功能动态基元和易变—牢固耦合模式的智能可编程机械/力学超材料设计范式，设计了系列基于齿轮的智能超材料，突破了宏观与微观、金属基和复合材料基超材料的集成一体化制造和集成驱动技术，实现了金属基材料的大范围、连续、快速调节。
通俗地说，该团队设计了一个由齿轮制成的智能材料，它可以根据不同的“命令”，在齿轮旋转时，使坚固的材料变得更坚硬/更柔软或变形。
“这是一种前所未有的设计方法。”方鑫表示，可调性能够通过组装具有内置刚度梯度的元件实现。要实现机械性能可调但坚固的固体，需要确保在大作用力下的可调性和强耦合（可靠连接），同时避免在调整时发生塑性变形。“我们发现，这种可变而又强的耦合可以通过齿轮簇实现。”
方鑫透露，除了尝试以齿轮作为基元外，团队还尝试过很多其他构型，比如广泛关注的折纸构型、各类弹性屈曲构型、双稳态/多稳态构型，但都无法实现他们想要的这种调控特性。
为什么是齿轮簇？“可靠的齿轮啮合可以平稳地传递旋转和沉重的压缩载荷。”方鑫说，刚度梯度可以内置到单独的齿轮体中，也可以通过分层齿轮组件实现。齿轮组可以组装成单元组，而单元做恰当排列就可形成超材料。
从太极图中获取内部结构设计灵感
既然齿轮是可被利用的元件，那它的内部结构该如何设计？
超材料的可调性取决于其内置中空部分的形状。“想要实现可调但坚固的材料，需要确保在大作用力下的可调性和鲁棒可控性，同时避免调谐中塑性变形。”方鑫表示，在众多设计方案中，团队从太极图中获取灵感，最终设计了形似太极图的齿轮，其形状以螺旋方向为特征，可以提供平滑的变化和极性。
“太极图的灵感是从中国传统文化中获得的。当时我在用笔构思各种简单大气又有用的形状，脑子里突然闪现《易经》中‘两仪生四象，四象生八卦’这句话，随之就想起了太极图。因为太极的核心思想就是‘变化’，而我们想要的材料特性也是‘变’。”方鑫说，“引入太极理念后，我们设计的构型具有正极性和负极性，提供了一个很好的设计维度。”
在此基础上，该团队使用紧密耦合的周期齿轮和两个格子框架（前和后）将齿轮排列成简单的图案，外部形成两个弹性臂，其径向厚度随旋转角度θ平滑变化。在压缩载荷作用下，臂部的变形以弯曲为主。
“任何两个啮合齿轮的自转方向都是相反的。正面和背面太极图案的螺旋方向是相反的。因此，一对齿轮的啮合模式有两极。当图案的螺旋方向相反时，极性为正，反之则具有负极性。”方鑫说。
为了验证这一构想，团队采用投影显微立体光刻3D打印技术制作了5行6列的太极齿轮组成的集成微型超材料。太极齿轮的直径和齿厚分别为3.6毫米和235微米，最粗的臂为75微米。样品由杨氏模量为3.5GPa的光敏树脂制成。
“这种微型试件的等效模量Ey（θ）可以平滑地调整35倍（从8.3MPa到295MPa）。用金属材料制备的样品调节范围则可达到75倍。”方鑫说，这意味着即使是在微尺度上，基于齿轮的集成超材料也可以通过三维打印直接制造。这种集成制造的主要挑战是确保啮合齿不会融合在一起，但仍能有效地参与啮合。
旋转变速器行星齿轮即可“变身”
该团队设计的第一种超材料仅在压缩载荷下可调。“我们期望找到一种设计方法，使其压缩模量和拉伸模量均可调，同时保持结构完整性。”方鑫介绍，团队探索发现，这可以通过将行星齿轮系统组织为元胞来实现。团队使用行星齿轮簇创建了一个层次分明的超材料，其可调性来自元胞内齿轮的相对旋转。
“我们设计的行星齿轮超材料的变刚度来自每个行星齿轮内部。齿轮环产生弹性弯曲变形，其内部的行星齿轮是齿环变形的支点，通过旋转行星齿轮改变齿轮环的位置就可以改变它的变形刚度，从而对超材料参数进行调节。”方鑫说，对于组装的超材料，所有的太阳齿轮通过轴连接到传递转动的齿轮上，这些传动齿轮紧凑地耦合在一起。因此，只需要旋转其中的几个传动齿轮就可以实现对所有元素的重新配置和调节。
“有趣的是，我们设计的超材料可在很大的压缩力下保持稳定，并在剪切时显示出较大的刚度。支撑稳定性的因素之一是一种齿轮组的自锁机制，另一因素则是轮齿的咬合力。”方鑫表示。
该团队提出了几个可展示齿轮基超材料广泛应用潜力的场景。“对于机器人，可调刚度腿/执行器能够提供高刚度以在行走时稳定支撑重物，低刚度则在跳跃或跑步时提供减震保护。航空发动机挂架系统中需要类似的可调刚度隔离器，以在不同飞行阶段保持最佳性能和效率。”温激鸿表示。
“人们还可以通过使用锥齿轮、将平面齿轮组装成分层结构或合成不同类型的齿轮来设想3D超材料，利用集成制造将这些可调特性连接起来，以生产坚固的多用途设备。以微型超材料为例，高分辨率和大规模的3D打印，使基于齿轮的超材料进一步小型化和延伸成为可能。” 方鑫说。
《自然》审稿编辑认为，这种基于齿轮的力学超材料是使机器部件实现刚度可调的同时保持结构强稳定的可行途径，比如通过使机器人的结构变软或变硬来更好地适应跳跃和抓取物品等动作。https://t.cn/A6SEOJHs
相关研究作为8月封面文章https://t.cn/A6SEOJHF近日发表于《自然—材料》，并被《自然》评为今年6月全球重要科技进展（全球共4项）。
齿轮簇实现机械性能调节
近年来，智能材料广受关注，它是智能装备与结构设计的基础。材料弹性的调节对于智能机器、机器人、飞机和其他系统非常必要。然而，常规材料一旦制备，特性就几乎不能改变，部分材料在高温相变时才能呈现一定的调节性，但不具备工程实际可操作性。
“机械/力学超材料是具有超出常规材料力学性能的结构功能材料，为高性能装备设计提供了前沿技术支撑，但传统超材料设计方法依然无法实现稳定连续的参数控制，需要颠覆性设计思维才能突破该瓶颈。”该校智能科学学院振动与噪声控制研究团队带头人、论文共同通讯作者温激鸿表示。
“限制力学超材料实现智能化调节的根本原因在于传统超材料的设计都遵循同一种模式，即将梁、杆、板等单功能的承载基元用固定或屈曲结点连接构成确定性拓扑结构，这种模式下，当受到应力、热或电磁场的刺激时，超材料会因为屈曲或旋转铰链而发生重构，从而改变刚度，同时会造成塑性变形且变化不连续，调节过程十分困难。”论文第一作者兼共同通讯作者、研究团队副研究员方鑫说。
为解决这个难题，研究团队提出了基于多功能动态基元和易变—牢固耦合模式的智能可编程机械/力学超材料设计范式，设计了系列基于齿轮的智能超材料，突破了宏观与微观、金属基和复合材料基超材料的集成一体化制造和集成驱动技术，实现了金属基材料的大范围、连续、快速调节。
通俗地说，该团队设计了一个由齿轮制成的智能材料，它可以根据不同的“命令”，在齿轮旋转时，使坚固的材料变得更坚硬/更柔软或变形。
“这是一种前所未有的设计方法。”方鑫表示，可调性能够通过组装具有内置刚度梯度的元件实现。要实现机械性能可调但坚固的固体，需要确保在大作用力下的可调性和强耦合（可靠连接），同时避免在调整时发生塑性变形。“我们发现，这种可变而又强的耦合可以通过齿轮簇实现。”
方鑫透露，除了尝试以齿轮作为基元外，团队还尝试过很多其他构型，比如广泛关注的折纸构型、各类弹性屈曲构型、双稳态/多稳态构型，但都无法实现他们想要的这种调控特性。
为什么是齿轮簇？“可靠的齿轮啮合可以平稳地传递旋转和沉重的压缩载荷。”方鑫说，刚度梯度可以内置到单独的齿轮体中，也可以通过分层齿轮组件实现。齿轮组可以组装成单元组，而单元做恰当排列就可形成超材料。
从太极图中获取内部结构设计灵感
既然齿轮是可被利用的元件，那它的内部结构该如何设计？
超材料的可调性取决于其内置中空部分的形状。“想要实现可调但坚固的材料，需要确保在大作用力下的可调性和鲁棒可控性，同时避免调谐中塑性变形。”方鑫表示，在众多设计方案中，团队从太极图中获取灵感，最终设计了形似太极图的齿轮，其形状以螺旋方向为特征，可以提供平滑的变化和极性。
“太极图的灵感是从中国传统文化中获得的。当时我在用笔构思各种简单大气又有用的形状，脑子里突然闪现《易经》中‘两仪生四象，四象生八卦’这句话，随之就想起了太极图。因为太极的核心思想就是‘变化’，而我们想要的材料特性也是‘变’。”方鑫说，“引入太极理念后，我们设计的构型具有正极性和负极性，提供了一个很好的设计维度。”
在此基础上，该团队使用紧密耦合的周期齿轮和两个格子框架（前和后）将齿轮排列成简单的图案，外部形成两个弹性臂，其径向厚度随旋转角度θ平滑变化。在压缩载荷作用下，臂部的变形以弯曲为主。
“任何两个啮合齿轮的自转方向都是相反的。正面和背面太极图案的螺旋方向是相反的。因此，一对齿轮的啮合模式有两极。当图案的螺旋方向相反时，极性为正，反之则具有负极性。”方鑫说。
为了验证这一构想，团队采用投影显微立体光刻3D打印技术制作了5行6列的太极齿轮组成的集成微型超材料。太极齿轮的直径和齿厚分别为3.6毫米和235微米，最粗的臂为75微米。样品由杨氏模量为3.5GPa的光敏树脂制成。
“这种微型试件的等效模量Ey（θ）可以平滑地调整35倍（从8.3MPa到295MPa）。用金属材料制备的样品调节范围则可达到75倍。”方鑫说，这意味着即使是在微尺度上，基于齿轮的集成超材料也可以通过三维打印直接制造。这种集成制造的主要挑战是确保啮合齿不会融合在一起，但仍能有效地参与啮合。
旋转变速器行星齿轮即可“变身”
该团队设计的第一种超材料仅在压缩载荷下可调。“我们期望找到一种设计方法，使其压缩模量和拉伸模量均可调，同时保持结构完整性。”方鑫介绍，团队探索发现，这可以通过将行星齿轮系统组织为元胞来实现。团队使用行星齿轮簇创建了一个层次分明的超材料，其可调性来自元胞内齿轮的相对旋转。
“我们设计的行星齿轮超材料的变刚度来自每个行星齿轮内部。齿轮环产生弹性弯曲变形，其内部的行星齿轮是齿环变形的支点，通过旋转行星齿轮改变齿轮环的位置就可以改变它的变形刚度，从而对超材料参数进行调节。”方鑫说，对于组装的超材料，所有的太阳齿轮通过轴连接到传递转动的齿轮上，这些传动齿轮紧凑地耦合在一起。因此，只需要旋转其中的几个传动齿轮就可以实现对所有元素的重新配置和调节。
“有趣的是，我们设计的超材料可在很大的压缩力下保持稳定，并在剪切时显示出较大的刚度。支撑稳定性的因素之一是一种齿轮组的自锁机制，另一因素则是轮齿的咬合力。”方鑫表示。
该团队提出了几个可展示齿轮基超材料广泛应用潜力的场景。“对于机器人，可调刚度腿/执行器能够提供高刚度以在行走时稳定支撑重物，低刚度则在跳跃或跑步时提供减震保护。航空发动机挂架系统中需要类似的可调刚度隔离器，以在不同飞行阶段保持最佳性能和效率。”温激鸿表示。
“人们还可以通过使用锥齿轮、将平面齿轮组装成分层结构或合成不同类型的齿轮来设想3D超材料，利用集成制造将这些可调特性连接起来，以生产坚固的多用途设备。以微型超材料为例，高分辨率和大规模的3D打印，使基于齿轮的超材料进一步小型化和延伸成为可能。” 方鑫说。
《自然》审稿编辑认为，这种基于齿轮的力学超材料是使机器部件实现刚度可调的同时保持结构强稳定的可行途径，比如通过使机器人的结构变软或变硬来更好地适应跳跃和抓取物品等动作。https://t.cn/A6SEOJHs
【从太极图中获取内部结构设计灵感，超“听话”的超材料诞生了！】记者9月12日从国防科技大学获悉，该校的研究者们提出一种原创性的智能超材料设计方法，实现了金属基材料刚度和形状的大范围、连续、快速调节，具有重要的科学意义和工程应用价值。
相关研究作为8月封面文章https://t.cn/A6SEOJHF近日发表于《自然—材料》，并被《自然》评为今年6月全球重要科技进展（全球共4项）。
齿轮簇实现机械性能调节
近年来，智能材料广受关注，它是智能装备与结构设计的基础。材料弹性的调节对于智能机器、机器人、飞机和其他系统非常必要。然而，常规材料一旦制备，特性就几乎不能改变，部分材料在高温相变时才能呈现一定的调节性，但不具备工程实际可操作性。
“机械/力学超材料是具有超出常规材料力学性能的结构功能材料，为高性能装备设计提供了前沿技术支撑，但传统超材料设计方法依然无法实现稳定连续的参数控制，需要颠覆性设计思维才能突破该瓶颈。”该校智能科学学院振动与噪声控制研究团队带头人、论文共同通讯作者温激鸿表示。
“限制力学超材料实现智能化调节的根本原因在于传统超材料的设计都遵循同一种模式，即将梁、杆、板等单功能的承载基元用固定或屈曲结点连接构成确定性拓扑结构，这种模式下，当受到应力、热或电磁场的刺激时，超材料会因为屈曲或旋转铰链而发生重构，从而改变刚度，同时会造成塑性变形且变化不连续，调节过程十分困难。”论文第一作者兼共同通讯作者、研究团队副研究员方鑫说。
为解决这个难题，研究团队提出了基于多功能动态基元和易变—牢固耦合模式的智能可编程机械/力学超材料设计范式，设计了系列基于齿轮的智能超材料，突破了宏观与微观、金属基和复合材料基超材料的集成一体化制造和集成驱动技术，实现了金属基材料的大范围、连续、快速调节。
通俗地说，该团队设计了一个由齿轮制成的智能材料，它可以根据不同的“命令”，在齿轮旋转时，使坚固的材料变得更坚硬/更柔软或变形。
“这是一种前所未有的设计方法。”方鑫表示，可调性能够通过组装具有内置刚度梯度的元件实现。要实现机械性能可调但坚固的固体，需要确保在大作用力下的可调性和强耦合（可靠连接），同时避免在调整时发生塑性变形。“我们发现，这种可变而又强的耦合可以通过齿轮簇实现。”
方鑫透露，除了尝试以齿轮作为基元外，团队还尝试过很多其他构型，比如广泛关注的折纸构型、各类弹性屈曲构型、双稳态/多稳态构型，但都无法实现他们想要的这种调控特性。
为什么是齿轮簇？“可靠的齿轮啮合可以平稳地传递旋转和沉重的压缩载荷。”方鑫说，刚度梯度可以内置到单独的齿轮体中，也可以通过分层齿轮组件实现。齿轮组可以组装成单元组，而单元做恰当排列就可形成超材料。
从太极图中获取内部结构设计灵感
既然齿轮是可被利用的元件，那它的内部结构该如何设计？
超材料的可调性取决于其内置中空部分的形状。“想要实现可调但坚固的材料，需要确保在大作用力下的可调性和鲁棒可控性，同时避免调谐中塑性变形。”方鑫表示，在众多设计方案中，团队从太极图中获取灵感，最终设计了形似太极图的齿轮，其形状以螺旋方向为特征，可以提供平滑的变化和极性。
“太极图的灵感是从中国传统文化中获得的。当时我在用笔构思各种简单大气又有用的形状，脑子里突然闪现《易经》中‘两仪生四象，四象生八卦’这句话，随之就想起了太极图。因为太极的核心思想就是‘变化’，而我们想要的材料特性也是‘变’。”方鑫说，“引入太极理念后，我们设计的构型具有正极性和负极性，提供了一个很好的设计维度。”
在此基础上，该团队使用紧密耦合的周期齿轮和两个格子框架（前和后）将齿轮排列成简单的图案，外部形成两个弹性臂，其径向厚度随旋转角度θ平滑变化。在压缩载荷作用下，臂部的变形以弯曲为主。
“任何两个啮合齿轮的自转方向都是相反的。正面和背面太极图案的螺旋方向是相反的。因此，一对齿轮的啮合模式有两极。当图案的螺旋方向相反时，极性为正，反之则具有负极性。”方鑫说。
为了验证这一构想，团队采用投影显微立体光刻3D打印技术制作了5行6列的太极齿轮组成的集成微型超材料。太极齿轮的直径和齿厚分别为3.6毫米和235微米，最粗的臂为75微米。样品由杨氏模量为3.5GPa的光敏树脂制成。
“这种微型试件的等效模量Ey（θ）可以平滑地调整35倍（从8.3MPa到295MPa）。用金属材料制备的样品调节范围则可达到75倍。”方鑫说，这意味着即使是在微尺度上，基于齿轮的集成超材料也可以通过三维打印直接制造。这种集成制造的主要挑战是确保啮合齿不会融合在一起，但仍能有效地参与啮合。
旋转变速器行星齿轮即可“变身”
该团队设计的第一种超材料仅在压缩载荷下可调。“我们期望找到一种设计方法，使其压缩模量和拉伸模量均可调，同时保持结构完整性。”方鑫介绍，团队探索发现，这可以通过将行星齿轮系统组织为元胞来实现。团队使用行星齿轮簇创建了一个层次分明的超材料，其可调性来自元胞内齿轮的相对旋转。
“我们设计的行星齿轮超材料的变刚度来自每个行星齿轮内部。齿轮环产生弹性弯曲变形，其内部的行星齿轮是齿环变形的支点，通过旋转行星齿轮改变齿轮环的位置就可以改变它的变形刚度，从而对超材料参数进行调节。”方鑫说，对于组装的超材料，所有的太阳齿轮通过轴连接到传递转动的齿轮上，这些传动齿轮紧凑地耦合在一起。因此，只需要旋转其中的几个传动齿轮就可以实现对所有元素的重新配置和调节。
“有趣的是，我们设计的超材料可在很大的压缩力下保持稳定，并在剪切时显示出较大的刚度。支撑稳定性的因素之一是一种齿轮组的自锁机制，另一因素则是轮齿的咬合力。”方鑫表示。
该团队提出了几个可展示齿轮基超材料广泛应用潜力的场景。“对于机器人，可调刚度腿/执行器能够提供高刚度以在行走时稳定支撑重物，低刚度则在跳跃或跑步时提供减震保护。航空发动机挂架系统中需要类似的可调刚度隔离器，以在不同飞行阶段保持最佳性能和效率。”温激鸿表示。
“人们还可以通过使用锥齿轮、将平面齿轮组装成分层结构或合成不同类型的齿轮来设想3D超材料，利用集成制造将这些可调特性连接起来，以生产坚固的多用途设备。以微型超材料为例，高分辨率和大规模的3D打印，使基于齿轮的超材料进一步小型化和延伸成为可能。” 方鑫说。
《自然》审稿编辑认为，这种基于齿轮的力学超材料是使机器部件实现刚度可调的同时保持结构强稳定的可行途径，比如通过使机器人的结构变软或变硬来更好地适应跳跃和抓取物品等动作。https://t.cn/A6SEOJHs
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齿轮簇实现机械性能调节
近年来，智能材料广受关注，它是智能装备与结构设计的基础。材料弹性的调节对于智能机器、机器人、飞机和其他系统非常必要。然而，常规材料一旦制备，特性就几乎不能改变，部分材料在高温相变时才能呈现一定的调节性，但不具备工程实际可操作性。
“机械/力学超材料是具有超出常规材料力学性能的结构功能材料，为高性能装备设计提供了前沿技术支撑，但传统超材料设计方法依然无法实现稳定连续的参数控制，需要颠覆性设计思维才能突破该瓶颈。”该校智能科学学院振动与噪声控制研究团队带头人、论文共同通讯作者温激鸿表示。
“限制力学超材料实现智能化调节的根本原因在于传统超材料的设计都遵循同一种模式，即将梁、杆、板等单功能的承载基元用固定或屈曲结点连接构成确定性拓扑结构，这种模式下，当受到应力、热或电磁场的刺激时，超材料会因为屈曲或旋转铰链而发生重构，从而改变刚度，同时会造成塑性变形且变化不连续，调节过程十分困难。”论文第一作者兼共同通讯作者、研究团队副研究员方鑫说。
为解决这个难题，研究团队提出了基于多功能动态基元和易变—牢固耦合模式的智能可编程机械/力学超材料设计范式，设计了系列基于齿轮的智能超材料，突破了宏观与微观、金属基和复合材料基超材料的集成一体化制造和集成驱动技术，实现了金属基材料的大范围、连续、快速调节。
通俗地说，该团队设计了一个由齿轮制成的智能材料，它可以根据不同的“命令”，在齿轮旋转时，使坚固的材料变得更坚硬/更柔软或变形。
“这是一种前所未有的设计方法。”方鑫表示，可调性能够通过组装具有内置刚度梯度的元件实现。要实现机械性能可调但坚固的固体，需要确保在大作用力下的可调性和强耦合（可靠连接），同时避免在调整时发生塑性变形。“我们发现，这种可变而又强的耦合可以通过齿轮簇实现。”
方鑫透露，除了尝试以齿轮作为基元外，团队还尝试过很多其他构型，比如广泛关注的折纸构型、各类弹性屈曲构型、双稳态/多稳态构型，但都无法实现他们想要的这种调控特性。
为什么是齿轮簇？“可靠的齿轮啮合可以平稳地传递旋转和沉重的压缩载荷。”方鑫说，刚度梯度可以内置到单独的齿轮体中，也可以通过分层齿轮组件实现。齿轮组可以组装成单元组，而单元做恰当排列就可形成超材料。
从太极图中获取内部结构设计灵感
既然齿轮是可被利用的元件，那它的内部结构该如何设计？
超材料的可调性取决于其内置中空部分的形状。“想要实现可调但坚固的材料，需要确保在大作用力下的可调性和鲁棒可控性，同时避免调谐中塑性变形。”方鑫表示，在众多设计方案中，团队从太极图中获取灵感，最终设计了形似太极图的齿轮，其形状以螺旋方向为特征，可以提供平滑的变化和极性。
“太极图的灵感是从中国传统文化中获得的。当时我在用笔构思各种简单大气又有用的形状，脑子里突然闪现《易经》中‘两仪生四象，四象生八卦’这句话，随之就想起了太极图。因为太极的核心思想就是‘变化’，而我们想要的材料特性也是‘变’。”方鑫说，“引入太极理念后，我们设计的构型具有正极性和负极性，提供了一个很好的设计维度。”
在此基础上，该团队使用紧密耦合的周期齿轮和两个格子框架（前和后）将齿轮排列成简单的图案，外部形成两个弹性臂，其径向厚度随旋转角度θ平滑变化。在压缩载荷作用下，臂部的变形以弯曲为主。
“任何两个啮合齿轮的自转方向都是相反的。正面和背面太极图案的螺旋方向是相反的。因此，一对齿轮的啮合模式有两极。当图案的螺旋方向相反时，极性为正，反之则具有负极性。”方鑫说。
为了验证这一构想，团队采用投影显微立体光刻3D打印技术制作了5行6列的太极齿轮组成的集成微型超材料。太极齿轮的直径和齿厚分别为3.6毫米和235微米，最粗的臂为75微米。样品由杨氏模量为3.5GPa的光敏树脂制成。
“这种微型试件的等效模量Ey（θ）可以平滑地调整35倍（从8.3MPa到295MPa）。用金属材料制备的样品调节范围则可达到75倍。”方鑫说，这意味着即使是在微尺度上，基于齿轮的集成超材料也可以通过三维打印直接制造。这种集成制造的主要挑战是确保啮合齿不会融合在一起，但仍能有效地参与啮合。
旋转变速器行星齿轮即可“变身”
该团队设计的第一种超材料仅在压缩载荷下可调。“我们期望找到一种设计方法，使其压缩模量和拉伸模量均可调，同时保持结构完整性。”方鑫介绍，团队探索发现，这可以通过将行星齿轮系统组织为元胞来实现。团队使用行星齿轮簇创建了一个层次分明的超材料，其可调性来自元胞内齿轮的相对旋转。
“我们设计的行星齿轮超材料的变刚度来自每个行星齿轮内部。齿轮环产生弹性弯曲变形，其内部的行星齿轮是齿环变形的支点，通过旋转行星齿轮改变齿轮环的位置就可以改变它的变形刚度，从而对超材料参数进行调节。”方鑫说，对于组装的超材料，所有的太阳齿轮通过轴连接到传递转动的齿轮上，这些传动齿轮紧凑地耦合在一起。因此，只需要旋转其中的几个传动齿轮就可以实现对所有元素的重新配置和调节。
“有趣的是，我们设计的超材料可在很大的压缩力下保持稳定，并在剪切时显示出较大的刚度。支撑稳定性的因素之一是一种齿轮组的自锁机制，另一因素则是轮齿的咬合力。”方鑫表示。
该团队提出了几个可展示齿轮基超材料广泛应用潜力的场景。“对于机器人，可调刚度腿/执行器能够提供高刚度以在行走时稳定支撑重物，低刚度则在跳跃或跑步时提供减震保护。航空发动机挂架系统中需要类似的可调刚度隔离器，以在不同飞行阶段保持最佳性能和效率。”温激鸿表示。
“人们还可以通过使用锥齿轮、将平面齿轮组装成分层结构或合成不同类型的齿轮来设想3D超材料，利用集成制造将这些可调特性连接起来，以生产坚固的多用途设备。以微型超材料为例，高分辨率和大规模的3D打印，使基于齿轮的超材料进一步小型化和延伸成为可能。” 方鑫说。
《自然》审稿编辑认为，这种基于齿轮的力学超材料是使机器部件实现刚度可调的同时保持结构强稳定的可行途径，比如通过使机器人的结构变软或变硬来更好地适应跳跃和抓取物品等动作。https://t.cn/A6SEOJHs
#凤凰网旅游极致之旅#【中秋佳节，来自贡看“宇宙第一灯会”】去年元宵节期间，一个深藏在四川的小城彻底火了！无数人赞叹，这等视觉盛宴，真的是人间能看到的吗？这里有《山海经》里的精怪，有“十二生肖”，有福禄寿三仙，也有科技版满满的摩登世界，更有浩瀚的宇宙星际。这里就是被称为“天下第一灯”的自贡。今年的中秋它依然有美轮美奂的灯会。
除了惊艳的花灯，自贡也是恐龙之乡；四川美食界顶端，最火爆的川味，也是出自于自贡。仔姜、小米辣、二荆条，是自贡的调味三剑客。冷吃兔、仔姜蛙、爆火腰花，道道都将鲜、辣、香发挥的淋漓尽致。今天，就来认识这座宝藏小城吧。
[哇]自贡灯会
自贡灯会从1964年到至今，无数次让人惊掉下巴。不同于国内一开始的默默无闻，国外早早就见识到了自贡灯会的绝妙。不仅在伦敦、澳大利亚、老挝、日本等国家展示自贡灯会。自17年起，据数据统计，全球95%的灯会都与自贡有关。
2022年的自贡灯会有14个特色鲜明的主题板块：
1⃣️《盐韵千秋》：首次融合了裸眼3D的视觉特效。只要拿起手机，就可以在虚拟与现实中进行穿梭，以期宣传自贡自己深厚盐业历史文化。
2⃣️《欢乐生肖》:十二生肖在自贡仿佛一个个大型可爱手办，尤其是那两只大老虎，可以做很多动作，比如拥抱、亲吻等等，新年氛围浓厚。
3⃣️《山海异志》：完美还原山海异兽和古人奇思妙想，除了精卫女神外，白泽、青龙、朱雀……也让人震惊。
4⃣️《一起向未来》：以“千里江山图”为背景，展现了祖国的大好河山、复兴号、神州五号，中国的进步全都在自贡演变。
其他主题，如“星球”“彩灯与冰灯”“熊猫”等，逛在里面，让人眼花缭乱。
[哇]自贡美食
在四川，百菜百味。乐山的美食是香而甜，眉州的饮食是雅而文，至于自贡。“鲜到叫，辣的跳”是对它最贴切的形容。自贡的辣传遍大街小巷，街头巷尾都是小米椒、花椒等调味料的麻辣鲜香，从早到晚吃着的美食，还会根据季节搭配仔姜、二荆条等。这里的辣不冲，是很丰富的辣，有香辣、酸辣、鲜辣等等。自贡美食不仅辣，而且鲜，肉类海鲜吃到嘴里，嫩的不得了，麻辣鲜香。又因为自贡人特别会吃，所有食材在这里都可以物尽其用。
1⃣️蘸水菜
这本是清新淡雅的养生菜，配上辣椒碟子，就变成了蘸水菜。平平无奇的蔬菜和白肉蘸了辣椒碟子后，瞬间打开食欲的开关，让人捧着饭碗也要大汗淋漓！
2⃣️冷吃兔
冷吃兔是自贡兔肉的代表，几乎家家户户都会做。选用本地自养3斤左右的兔子，酱油将兔肉染上漂亮的颜色，在放进辣椒、味精调味。除了佐料，也就不再放配菜。每一块兔肉里都充斥着丰盈浓厚的劲辣，吃上一口，兔肉嚼劲十足。
3⃣️鲜锅兔
青椒、小米辣、仔姜与现宰的兔肉一起翻炒，辣与鲜在锅中实现完美碰撞。吃上一口兔肉鲜嫩麻辣，就连汤汁也很下饭。
4⃣️香辣兔头
除了吃兔肉，兔头也可以做成一道美味。将清洗干净的兔头，充分浸泡在老卤料中，直到每一根肉丝中都充满了香喷喷的卤料味。再撒上一些花生，让花生的香气点缀其间。
除了这些，兔子的吃法还有很多。冷吃兔、鲜锅兔、红烧兔、白砍兔、兔肉干、巴夯兔、兔肉酱……绝对不会给你放过兔子的任何部位的机会。
5⃣️水煮牛肉
入选非物质文化遗产的水煮牛肉工艺，也让更多人了解到这道火遍大江南北的美食，竟然来自自贡。自贡的水煮牛肉会选用牛肉的“腰沟肉”，这里的牛肉吃起来最嫩，与辣椒融在一起的牛肉又嫩又香。
除了水煮牛肉、还有菊花牛肉火锅、火边子牛肉，粉蒸牛肉等等。自贡的蛙也有好几种吃法，跳水蛙、仔姜蛙、鲜锅蛙等等。
6⃣️长生面
其实，自贡的美食也不光只有火辣。自贡的长生面里加了补药，许久才熬出来的汤头，不仅不辣，还鲜味十足。吃上一碗热腾腾的面，直接暖到了心里。
7⃣️粑粑肉
粑粑肉其实是做酥肉等剩下的边角料，将它剁成肉末，便可以做成粑粑肉。切成薄片的粑粑肉，和豌豆尖一起煮，荤素搭配，闻起来喷香，吃下去更是丰富。
[哇]自贡美景和文化
1⃣️盐业历史博物馆
自贡是一座拥有千年历史的盐都，从东汉起就成为两千余年全国井盐的中心。这里因为盐而建立、而兴旺。“自、贡”两个字就是由“自流井”和“贡井”两个盐井名字合称而来。一代又一代盐商让这里曾经富裕，也因经济的繁荣，造就了文化的繁荣。其中制盐所用的钻孔技术，甚至被誉为“世界第五大发明”。这里还有世界第一口超过千米的大井——燊海井，至今都还在工作。
盐业历史博物馆是最早建立的专业博物馆之一，在这里你可以了解盐业的辉煌历史。这座在河畔山下的博物馆融合了明清两代宫廷与民间建筑风格于一体。里面有花园鱼池、戏楼梁雕，都十分精致典雅。在这里你既可以体验游园的乐趣，又可以了解丰富的历史知识。
2⃣️恐龙博物馆
自贡还是著名的恐龙之乡，更被誉为“世界三大恐龙博物馆”之一。占地面积6.6万多平方米的博物馆，馆内几乎囊括了距今2.01-1.45亿年前侏罗纪时期所有已知恐龙种类化石。这里是世界上收藏和展示侏罗纪恐龙化石最多的地方之一，美国《国家地理》也称自贡博物馆是世界上最好的恐龙博物馆。
3⃣️吉成井公园
吉成井公园是自贡经济发展的“活化石”，见证着自贡的历史。盐井与天车最集中的地方就是这里，饱经风霜却依旧在诉说着历史。
4⃣️仙市古镇
仙市古镇是明末清初建立的古镇，曾是自贡盐运的必经之路。也是第一大镇。它曾是古盐道上一颗闪亮的明珠，如今那些精美的古典建筑群，和佛教残留下的建筑，仍旧在这里等待着远方的盐商。
Tips：
1⃣️自贡灯会入园时间：17:00-22:30（平日），16:30至23:00（节假日），每晚18：30亮灯；
2⃣️自贡开通了高铁，可直达。
“千年盐都”、“恐龙之乡”“中国灯城”、“美食之府”这些都是独属于自贡的称号，它有着最美的人间烟火，好吃、好看又好玩儿。
除了惊艳的花灯，自贡也是恐龙之乡；四川美食界顶端，最火爆的川味，也是出自于自贡。仔姜、小米辣、二荆条，是自贡的调味三剑客。冷吃兔、仔姜蛙、爆火腰花，道道都将鲜、辣、香发挥的淋漓尽致。今天，就来认识这座宝藏小城吧。
[哇]自贡灯会
自贡灯会从1964年到至今，无数次让人惊掉下巴。不同于国内一开始的默默无闻，国外早早就见识到了自贡灯会的绝妙。不仅在伦敦、澳大利亚、老挝、日本等国家展示自贡灯会。自17年起，据数据统计，全球95%的灯会都与自贡有关。
2022年的自贡灯会有14个特色鲜明的主题板块：
1⃣️《盐韵千秋》：首次融合了裸眼3D的视觉特效。只要拿起手机，就可以在虚拟与现实中进行穿梭，以期宣传自贡自己深厚盐业历史文化。
2⃣️《欢乐生肖》:十二生肖在自贡仿佛一个个大型可爱手办，尤其是那两只大老虎，可以做很多动作，比如拥抱、亲吻等等，新年氛围浓厚。
3⃣️《山海异志》：完美还原山海异兽和古人奇思妙想，除了精卫女神外，白泽、青龙、朱雀……也让人震惊。
4⃣️《一起向未来》：以“千里江山图”为背景，展现了祖国的大好河山、复兴号、神州五号，中国的进步全都在自贡演变。
其他主题，如“星球”“彩灯与冰灯”“熊猫”等，逛在里面，让人眼花缭乱。
[哇]自贡美食
在四川，百菜百味。乐山的美食是香而甜，眉州的饮食是雅而文，至于自贡。“鲜到叫，辣的跳”是对它最贴切的形容。自贡的辣传遍大街小巷，街头巷尾都是小米椒、花椒等调味料的麻辣鲜香，从早到晚吃着的美食，还会根据季节搭配仔姜、二荆条等。这里的辣不冲，是很丰富的辣，有香辣、酸辣、鲜辣等等。自贡美食不仅辣，而且鲜，肉类海鲜吃到嘴里，嫩的不得了，麻辣鲜香。又因为自贡人特别会吃，所有食材在这里都可以物尽其用。
1⃣️蘸水菜
这本是清新淡雅的养生菜，配上辣椒碟子，就变成了蘸水菜。平平无奇的蔬菜和白肉蘸了辣椒碟子后，瞬间打开食欲的开关，让人捧着饭碗也要大汗淋漓！
2⃣️冷吃兔
冷吃兔是自贡兔肉的代表，几乎家家户户都会做。选用本地自养3斤左右的兔子，酱油将兔肉染上漂亮的颜色，在放进辣椒、味精调味。除了佐料，也就不再放配菜。每一块兔肉里都充斥着丰盈浓厚的劲辣，吃上一口，兔肉嚼劲十足。
3⃣️鲜锅兔
青椒、小米辣、仔姜与现宰的兔肉一起翻炒，辣与鲜在锅中实现完美碰撞。吃上一口兔肉鲜嫩麻辣，就连汤汁也很下饭。
4⃣️香辣兔头
除了吃兔肉，兔头也可以做成一道美味。将清洗干净的兔头，充分浸泡在老卤料中，直到每一根肉丝中都充满了香喷喷的卤料味。再撒上一些花生，让花生的香气点缀其间。
除了这些，兔子的吃法还有很多。冷吃兔、鲜锅兔、红烧兔、白砍兔、兔肉干、巴夯兔、兔肉酱……绝对不会给你放过兔子的任何部位的机会。
5⃣️水煮牛肉
入选非物质文化遗产的水煮牛肉工艺，也让更多人了解到这道火遍大江南北的美食，竟然来自自贡。自贡的水煮牛肉会选用牛肉的“腰沟肉”，这里的牛肉吃起来最嫩，与辣椒融在一起的牛肉又嫩又香。
除了水煮牛肉、还有菊花牛肉火锅、火边子牛肉，粉蒸牛肉等等。自贡的蛙也有好几种吃法，跳水蛙、仔姜蛙、鲜锅蛙等等。
6⃣️长生面
其实，自贡的美食也不光只有火辣。自贡的长生面里加了补药，许久才熬出来的汤头，不仅不辣，还鲜味十足。吃上一碗热腾腾的面，直接暖到了心里。
7⃣️粑粑肉
粑粑肉其实是做酥肉等剩下的边角料，将它剁成肉末，便可以做成粑粑肉。切成薄片的粑粑肉，和豌豆尖一起煮，荤素搭配，闻起来喷香，吃下去更是丰富。
[哇]自贡美景和文化
1⃣️盐业历史博物馆
自贡是一座拥有千年历史的盐都，从东汉起就成为两千余年全国井盐的中心。这里因为盐而建立、而兴旺。“自、贡”两个字就是由“自流井”和“贡井”两个盐井名字合称而来。一代又一代盐商让这里曾经富裕，也因经济的繁荣，造就了文化的繁荣。其中制盐所用的钻孔技术，甚至被誉为“世界第五大发明”。这里还有世界第一口超过千米的大井——燊海井，至今都还在工作。
盐业历史博物馆是最早建立的专业博物馆之一，在这里你可以了解盐业的辉煌历史。这座在河畔山下的博物馆融合了明清两代宫廷与民间建筑风格于一体。里面有花园鱼池、戏楼梁雕，都十分精致典雅。在这里你既可以体验游园的乐趣，又可以了解丰富的历史知识。
2⃣️恐龙博物馆
自贡还是著名的恐龙之乡，更被誉为“世界三大恐龙博物馆”之一。占地面积6.6万多平方米的博物馆，馆内几乎囊括了距今2.01-1.45亿年前侏罗纪时期所有已知恐龙种类化石。这里是世界上收藏和展示侏罗纪恐龙化石最多的地方之一，美国《国家地理》也称自贡博物馆是世界上最好的恐龙博物馆。
3⃣️吉成井公园
吉成井公园是自贡经济发展的“活化石”，见证着自贡的历史。盐井与天车最集中的地方就是这里，饱经风霜却依旧在诉说着历史。
4⃣️仙市古镇
仙市古镇是明末清初建立的古镇，曾是自贡盐运的必经之路。也是第一大镇。它曾是古盐道上一颗闪亮的明珠，如今那些精美的古典建筑群，和佛教残留下的建筑，仍旧在这里等待着远方的盐商。
Tips：
1⃣️自贡灯会入园时间：17:00-22:30（平日），16:30至23:00（节假日），每晚18：30亮灯；
2⃣️自贡开通了高铁，可直达。
“千年盐都”、“恐龙之乡”“中国灯城”、“美食之府”这些都是独属于自贡的称号，它有着最美的人间烟火，好吃、好看又好玩儿。
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