摘要：数百万年的进化使一些海洋动物能够种植由多层组成的复杂的保护壳，这些贝壳共同散发了物理压力。在一项新的研究中，工程师找到了一种模仿这种分层材料（例如贝壳Nacre）的行为的方法，它是通过对单个合成材料层进行编程以在压力下协作工作的。新的材料设计有望增强吸收能量的系统，例如可穿戴绷带和具有适应碰撞严重性的多阶段响应的汽车保险杠。...

数百万年的进化使一些海洋动物能够种植由多层组成的复杂的保护壳，这些贝壳共同散发了物理压力。在一项新的研究中，工程师找到了一种模仿这种分层材料（例如贝壳Nacre）的行为的方法，它是通过对单个合成材料层进行编程以在压力下协作工作的。新的材料设计有望增强吸收能量的系统，例如可穿戴绷带和具有适应碰撞严重性的多阶段响应的汽车保险杠。

过去的许多研究都集中在逆向工程上，以复制骨，羽毛和木材等天然材料的行为，以再现其对机械应力的非线性反应。由伊利诺伊大学Urbana-Champaign公民和环境工程教授Shelly Zhang和丹麦技术大学Ole Sigmund教授领导的一项新研究超越了反向工程，以开发一个可编程的多层材料的框架，能够通过Microscale Internections响应本地干扰。

研究结果发表在杂志上科学进步。

张说：“这项工作源于与我的合作者西格蒙教授的讨论，即我们已经如何实现一些非常极端的行为，但是即使通过编程也可以实现单个材料可以实现的物理限制或上限。” “这使我们考虑了哪种工程可以使现实生活中所需的一些疯狂的物质行为。

那时，团队将注意力转移到具有不同目的的多层生物材料上，以及他们如何制造合成材料并使用内部微观的编程和优化来控制其对机械应力和应变的反应。

张说：“我们登陆了设计多层材料的想法，每一层都能表现出不同的特性和行为。”

但不停止那里，团队推动自己包括各个层合作的能力，从而基本上以共同行为作为一个。

张说：“我们的新框架比现有的非线性应力应变反应的方法具有多个优势。” “它在连续设置中优化了类似Nacre的多层及其互连，与涉及单层设置或晶格结构的类似工作相比，它大大扩展了设计空间。”

在制造过程中，团队吸取了一些课程。这项工作背后的理论思想是具有无限周期性的材料。尽管如此，团队仍必须制定有限的单位，并且可以预料的是，理论材料和实际制造的材料会表现出不同的行为。

张说：“我们发现的差异是现实生活中永远发生的事情。” “但是我们可以利用此信息有意编程每个单个单元格组装中屈曲的顺序，在内部存储一些信息，然后我们可以解码信息。捕获这种差异并最终提供了改善工作所需的信息，这很有趣。”

为了扩展这种类型的材料的制造，还有很多工作要做，但是张说，从这项研究中学到的一件有价值的事情是，当人们合作时，他们会取得更大的成就。

张说：“我认为这对材料也是如此。” “当不同的材料共同合作时，他们可以做比单独做事更具影响力的事情。”

张还隶属于机械科学和工程以及伊利诺伊州的国家超级计算应用中心。