无形量子波实时打造可变形超级材料

声子是一种自然现象，可被视为离散的能量波包。它们在材料的构成单元（无论是原子、粒子还是3D打印铰链）中传播，引发振动并传递能量。这是对多种常见物理特性的量子力学描述，涵盖热传导、声波传播乃至地震产生的地震波。

某些人工和天然材料被设计成使声子沿特定路径传播，从而赋予材料特定机械属性。两个现实案例包括：建筑结构中用于抵御地震波的抗震材料，以及深海海绵演化出的坚固轻质骨架——这种结构使它们能承受深水环境的极端压力。

"我们伊利诺伊大学实验室开发的液相电子显微镜技术，使这项新研究首次实现了对纳米粒子自组装体系中声子动力学的观测，这类自组装体系正作为一种新型机械超材料发挥作用，"伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校材料科学与工程教授钱晨表示。

"这开辟了全新的研究领域，纳米级结构单元及其固有的光学、电磁与化学特性可被整合进机械超材料，"毛教授指出，"这将赋能机器人、机械工程到信息技术等多领域的新兴技术。"

"该工作同时证明了机器学习推动复杂粒子系统研究的潜力，使得观测由复杂动力学主导的自组装路径成为可能，"潘教授强调，"这为利用机器学习与人工智能实现数据驱动的可重构胶体超材料逆向设计开辟了新途径。"

本研究获得了美国海军研究办公室、美国国家科学基金会、国防部刺激竞争性研究计划项目及陆军研究办公室的支持。

钱晨同时隶属于伊利诺伊大学材料研究实验室、化学系、化学与生物分子工程系、卡尔·R·沃斯基因组生物学研究所以及贝克曼先进科学技术研究所。