近日，西北工业大学李冰教授课题组在《自然：通讯》（Nature Communications）杂志在线发表题为Static mechanical cloaking and camouflage from disorder的研究论文，并被《Nature Reviews Materials》遴选为Research Highlight，以Mechanical cloaks with disordered materials为题进行了报道。该论文第一作者为西北工业大学航空学院博士生杨洲，通讯作者为李冰教授与西班牙马德里先进材料研究所Johan Christensen教授。
隐身与伪装技术在电磁、光学、声学等多个领域有着重要的战略地位。凭借这类技术，物体能够规避精准探测，进而达成隐藏自身或保护目标的目的。然而，静力学隐身的本质是应力-应变场的调控问题，其物理过程中并不存在可对波传播路径进行控制的机制，这就导致电磁、声学及热学斗篷设计中常用的“变换理论”，在应用于静力学隐身时会面临严苛约束，甚至出现数学层面的不可解困境。此外，由于力学响应需通过四阶张量表征，这对完美静力学隐身在理论层面上提出了极高要求：其微结构需同时具备各向异性、空间非均匀特性，甚至要求弹性模量或泊松比呈现“趋近于零”或“趋近于无穷”的奇异值。这种矛盾的性能需求，仿佛要让材料在力学世界中既实现“物理消失”，又具备“全能承载”的能力，显然超出了常规材料或结构的性能范畴。目前，具有这类“奇异特性”的材料在自然界中还未被发现，即便通过人工设计的超构材料，也难以在全参数范围内实现上述理想性能。
图1. 融入非规则生长的非周期力学隐身斗篷设计策略
针对上述问题，研究团队提出了一种基于随机生长算法的静力学无序斗篷设计策略，无需构建精细的多模结构、也无需消耗大量计算和大样本数据库，仅通过有限数量的微结构单元，结合所提的刚度匹配邻接规则，即可在不同边界条件下稳定实现静力学隐身与伪装功能。所设计的无序斗篷结构对边界条件展现出优异的不敏感性，同时能够针对各类复杂缺陷结构开展静力学伪装设计，实现了不同复杂缺陷之间的相互伪装，显著提升了技术的适配性与实用性（图1）。此外，研究团队进一步证明了该设计策略可拓展至三维空间及弹性波动态调控，为更复杂场景下的隐身和伪装设计提供了新思路。该设计策略在芯片集成、航空结构开孔防护、虚拟触觉等方面具有重要的应用场景。
图文速览：
图2. 基于有限数量的不同刚度单胞的无序生长策略
图3. 隐身、伪装性能验证和多边界条件下的结构伪装性能及鲁棒性验证
图4. 压力载荷下针对不同缺陷斗篷结构的静力学伪装性能
图5. 特定类别单胞比例对获得优异隐身斗篷结构的影响规律
图6. 扩展和潜在应用
文章链接：https://www.nature.com/articles/s41467-025-63939-5
