機械超資料因其非常規的效能而引起人們極大的研究興趣，這些特性來自於單元的微觀結構。形狀配寘是實現結構或系統不同性質的可程式設計性的一種有效方法，而現有的研究主要集中在多自由度系統或沿單一運動路徑變形的有限配寘上。
來自天津大學的學者從一個單自由度的Wohlhart多面體模型出發，通過運動學分叉沿著多個運動路徑探索其有趣的拓撲變換，並伴隨著可調的力學性質，包括泊松比、手性和堅硬度。此外，這些模塊被鑲嵌成3D超資料，以利用它們的可重構性在負泊松比、正泊松比、甚至零泊松比的大範圍內獨立地程式設計正交平面中的泊松比，甚至是零泊松比（Poisson‘s Ratio）。這項工作為基於單自由度系統運動分叉的可程式設計超資料設計開闢了新的途徑，可方便地應用於柔性超資料、變形結構和可擴展結構等領域中的變形系統。相關文章以“3D Programmable Metamaterials Based on Reconfigurable Mechanism Modules”標題發表在Advanced Functional Materials。
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https://doi.org/10.1002/adfm.202109865
圖1.模塊的機构基礎。a）沃爾哈特多面體由PLGs和立方體連接件連接而成。剛性連杆、方形中心體和立方體連接件的幾何圖形（左）。順時針旋轉PLG和逆時針旋轉PLG的視圖（中間）。沃爾哈特多面體概述（右）。b）Wohlhart多面體的運動分叉。c）樣機從ECf1到LTfz的往復過程，a=80 mm，b=40 mm。
圖2.單個模塊的機械内容。a）運動路徑，以及典型配寘的全景、前視和俯視圖。b-d）當a/b=2時，EC、EP和LT路徑上模的理論泊松比和實驗泊松比。用數位圖像相關系統（DIC）量測試件上的黑色散斑尺寸。e）不同路徑上的模塊的堅硬度。
圖3.具有（mz+nz）模塊的串聯組件，mz模塊處於PPR狀態，而nz模塊處於NPR狀態。a）兩個模塊組件的示意圖，其中一個模塊處於PPR狀態（標記為“1”），另一個模塊處於NPR狀態（標記為“0”）。b）重新調整模態以調節nz/mz。c）a/b=2的mzPPR和nzNPR組件的串聯組裝及其泊松比νHB的等高線圖。d，e）nz/mz=2和nz/mz=1/2時串聯的三個模塊的理論泊松比和實驗泊松比的比較圖。
圖4.具有機构模塊3D鑲嵌的超資料。a）通過在3D空間中鑲嵌系列組件而創建的3D超資料的設計方案I。b）三維超資料的設計方案II，分別在x、y和z方向上具有（mx+nx）、（my+ny）和（mz+nz）模塊，以形成立方體網格的框架。
本文通過對Wohlhart多面體的運動學分析，揭示了該機构有EC、EP和LT三條運動路徑，分別位於分岔點B0和Bx/By/Bz。以單一機构為模塊，通過分叉可以在EC、EP和LT路徑下不同的泊松比、NPR、PPR和ZPR之間進行切換。囙此，泊松比可以隨模體的運動而調節，但對幾何參數不敏感。由於模塊的可重構性，通過調整−∞和+∞狀態模塊的數目比例，可以在PPR到NPR的大範圍內對正交平面上的泊松比進行獨立程式設計，大大提高了具有可程式設計泊松比的三維超資料設計的靈活性。
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