MIT把“有点乱”写进材料设计：仿树叶脉络的网络超材料，抗冲击比规整蜂窝结构更耐造

先说背景：为什么过去的“超材料”总是那么整齐？

超材料指的是靠内部精细结构，获得普通材料没有的性能的人造材料。比如同样是塑料，做成特定的小梁、小孔图案后，可能变得更吸能、更隔振，或在某方面特别硬。

多年来，常见做法是先设计一个“单元单元格”，再像铺瓷砖一样不断复制。得到的结构很整齐，强度往往也不错。但麻省理工学院机械工程副教授Carlos Portela说，这种整齐也有代价：一旦某处被戳破或出现裂纹，周围几乎一模一样的单元往往会跟着一起变形，损坏容易“传染”，整块材料可能很快失效。

他们改了什么

11月11日，MIT新闻介绍了这项与东北大学合作、当天发表于《自然》的开放获取研究。团队把网络科学用到了真材实料上。网络科学过去更多用来分析互联网、社交关系或神经元连接；这次，他们用算法在一块材料里生成疏密不等、尺寸跨度很大的梁网络，并称之为“尺度丰富的超材料”。灵感来自树叶的维管、蜻蜓翅膀的翅脉，以及社交网络里那种疏密不一的连接。

算法的大致过程是：在代表材料大小的空间里随机取点、画线，新的线碰到边界或已有的线就停下，然后再画更短、更细的线，如此反复。科学家主要调节两个参数：第一条线有多粗，以及后续的线变细有多快。Portela说，只改这两个参数，就能在很大范围内调节材料的刚度。

他们随后用3D打印，把聚合物打成信用卡大小的方形样品，内部梁的尺度从微米到厘米都有。在落锤和逐渐加压的测试里，这类网络样品比传统的格子或蜂窝超材料更能承受压缩和冲击。Portela解释，正因为里面有很多不同尺度的结构，即使一部分坏了，周围仍有密集的“网”拖住，损坏会被分散，能量也被吸收，不容易整块垮掉。

他们还做了一个更直观的演示：仿照柚子厚皮外密内疏的结构，把材料边缘做得更密，把易碎物放在中心，结果显示这种网络可以把中间的东西保护起来。

未参与该研究的伦敦帝国理工学院副教授Tian “Tim” Chen评价说，这种让材料特征跨越很宽尺度的设计框架，可能带来新一代在承载、吸能或控制振动方面表现更突出的材料。这是外部专家的看法，不是测试报告。

它现在还不能直接买到

研究团队提到，这套方法将来可能用于头盔、装甲、包装，以及用来汇聚声音或振动的“声学透镜”。目前的样品是实验室里打印的聚合物块，还不是已经量产的头盔或箱包材料。论文由美国国家科学基金会的相关项目部分资助。

对普通人意味着什么

如果这种“故意不那么整齐”的设计后来能用在真实产品里，最容易想到的是自行车或摩托车头盔、运输易碎品的包装，以及需要缓冲的防护装备：被撞到时，也许更不容易因为一个点先坏而导致整块材料失效。

这还需要更多在真实材料、真实使用条件下的验证。眼下可以确认的是：在实验室的冲击和压缩测试中，这种网络结构比传统整齐超材料更耐造，并且已经展示出保护内部易碎物的能力。从论文到可以戴在头上的头盔，中间还有一段路。

原文发布时间：MIT News，2026年11月12日 00:00（北京时间）