近日，振动、冲击、噪声研究所张文明教授、胡开明副教授团队提出利用表面几何约束的表面失稳调控方法，为智能表面的失稳调控提供了理论支撑和方法框架。研究成果“Nonliving dehydrated leaves-inspired surface anti-wrinkling”发表在期刊Science Advances上。博士生邓心陆为第一作者，胡开明副教授、张文明教授为通讯作者。
表面失稳结构广泛存在于自然界和人工表面，其丰富的形貌特征和复杂的力学行为吸引了广泛的研究，然而其定量、按需调控方法仍是目前的研究难题之一。自然界“有生命”的动植物往往展现出高鲁棒性的、智能的表面失稳调控能力，但对于“非活性”的人工易失稳表面，一种非生物化学驱动的、利用力学原理的表面失稳调控方法仍待开发。
启发自脱水银杏叶的人工智能表面力学失稳调控方法
该研究启发自“非活性”的脱水银杏叶中的区域化表面失稳现象，提出了综合利用有限宽度边界约束和曲率约束的力学失稳调控方法。研究建立了无量纲双修正参数的基底刚度模型，提供了兼容多尺度、多种截面属性、多种边界约束的理论框架，并采用加权积分方法，实现了表面失稳特性的快速、精确评估。基于上述理论模型，该研究深入分析了表面失稳的力学调控机理，揭示了有限宽度边界约束的调控机制，厘清了初始曲率约束的调控机理。
表面失稳调控因子设计准则与多体系多尺度实验验证
该研究基于对有限宽度边界-初始曲率耦合力学调控机理的深入分析，提出了表面失稳调控因子（抗皱宽度和抗皱曲率半径）的设计准则。研究发现调控因子是参考波长的线性或二次函数，由此总结了双层体系中调控因子的显式设计准则公式，其正确性、准确性和普适性由四组不同体系、不同尺度的实验验证。该设计准则公式以截面属性相关的参考波长和调控需求相关的抗皱增强因子为自变量，实现了表面失稳调控因子的按需定制，为“力学驱动”、而非“生物化学驱动”的智能表面力学失稳设计提供了技术支撑。
该研究工作得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划、上海市优秀学术带头人计划、太阳成集团tyc9728双一流建设项目和“深蓝计划”基金的资助。
论文链接：https://doi.org/10.1126/sciadv.adx7398
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