密苏里大学的研究人员设计了一种小型轻便的活性超材料原型

密苏里大学 Huber 和 Helen Croft 工程系主任黄国良 (Guoliang Huang) 十多年来一直在研究“超材料”的非常规特性——一种具有自然界中不常见特性的人造材料正如牛顿运动定律所定义的那样——在他对设计理想超材料的长期追求中。

Huang 的目标是帮助控制穿过较大结构(例如飞机)的“弹性”能量波，而无需光和小型“元结构”。

“多年来，我一直致力于解决如何使用数学力学来解决工程问题的挑战，”黄说。“传统方法有很多限制，包括尺寸和重量。因此，我一直在探索如何使用轻质材料找到替代解决方案，这种材料体积小，但仍能控制来自较大结构(如飞机)的低频振动。”

现在，Huang离他的目标又近了一步。在国家科学院院刊(PNAS) 上发表的一项新研究中，Huang 及其同事开发了一种原型超材料，它使用电信号来控制能量波穿过固体材料的方向和强度。

他的创新设计的潜在应用包括军事和商业用途，例如通过引导雷达波扫描特定区域的物体或管理飞行中飞机的空气湍流产生的振动来控制雷达波。

“这种超材料具有奇数质量密度，”黄说。“因此，力和加速度的方向不同，从而为我们提供了一种非常规的方式来定制设计物体的结构动力学或属性，以挑战牛顿第二定律。”

黄说，这是奇质量密度的第一个物理实现。

“例如，这种超材料可以帮助识别人眼可能难以看到的任何潜在损坏，从而有利于监测桥梁和管道等土木结构的健康状况，作为有源传感器。”