Realization of active metamaterials with odd micropolar elasticity

超材料 厄米矩阵 模数 弹性(物理) 物理 振动 杨氏模量 经典力学 材料科学 拓扑(电路) 量子力学 数学 复合材料 热力学 组合数学
作者
Yangyang Chen,Xiaopeng Li,Colin Scheibner,Vincenzo Vitelli,Guoliang Huang
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:12 (1) 被引量:106
标识
DOI:10.1038/s41467-021-26034-z
摘要

Materials made from active, living, or robotic components can display emergent properties arising from local sensing and computation. Here, we realize a freestanding active metabeam with piezoelectric elements and electronic feed-forward control that gives rise to an odd micropolar elasticity absent in energy-conserving media. The non-reciprocal odd modulus enables bending and shearing cycles that convert electrical energy into mechanical work, and vice versa. The sign of this elastic modulus is linked to a non-Hermitian topological index that determines the localization of vibrational modes to sample boundaries. At finite frequency, we can also tune the phase angle of the active modulus to produce a direction-dependent bending modulus and control non-Hermitian vibrational properties. Our continuum approach, built on symmetries and conservation laws, could be exploited to design others systems such as synthetic biofilaments and membranes with feed-forward control loops.

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