图 | 仿含羞草的刺激响应超材料设计。（A）自然界的含羞草处于打开状态；（B）受外界刺激，含羞草闭合；（C）超材料叶片处于打开状态；（D）超材料叶片感知外界刺激发生闭合；（E）和（F）分别显示打开和闭合状态下超材料单元的细节（来源：Matter）
在理论建模这一步，需要对超材料的弹性动力学特性进行表征，并给它的参数化设计提供物理基础。为此，何清波和团队提出上述“自适应无序—有序共振转换”的动力学系统。
（来源：何清波）
所采取的物理机制在于：当自适应叶片闭合时，会产生特定的动力学传输带隙，这时动力学状态就会从无序共振状态，转换到有序共振状态，而这十分有利于实现超材料信息驱动的弹性动力学编程。
也就是说，利用不同超材料结构，比如网络结构、立方体结构和球形结构，就能以信息驱动的方式，来编程刺激响应超材料的动力学状态。
图 | 自适应的无序-有序共振转换动力学系统。（A）超材料的动力学理论建模示意图；（B）解析方法推导超材料的动力学等效质量；（C）超材料能带分析；（D）无序-有序共振模态仿真；（E）数值方法分析超材料的动力学频响传输；（F）九种不同尺寸下的动力学仿真分析；（G）仿真和实验分析超材料的频响传输特性（来源：Matter）
在性能验证这一步，出于实现信息驱动的弹性动力编程的目的，他们构建出一个自适应的超材料网络。借助尺寸不同的超材料叶片，该网络可构造出超材料超胞，还能以网络节点的空间构型，搭建出超材料网络系统。
在节点遇到外部刺激时，对应的超胞也会以自适应的方式，转换到有序共振状态，并能编程到超材料网络的全局动力学传输中。
这种信息驱动的可编程性，让通过分析自适应实时传输弹性波响应、去感知受刺激的节点成为现实，超材料系统的机械式读写操作也得以实现。
图 | 具有刺激信息本体感受的超材料网络。（A）刺激响应超材料网络的模型图；（B）超材料网络的动力学建模；（C）超材料网络在受到刺激和无刺激下的动力学特性；（D）和（E）分别为超材料受四节点和五节点刺激的实验结果；（F）超材料网络动力学传输的细节（来源：Matter）
有望将智能设备从复杂硬件系统中解放出来在完成性能验证工作之后，何清波和团队进一步挖掘相关应用潜力。他们发现，借助信息驱动的弹性动力学编程概念，一种全新的机械式读写操作得以诞生，全材料结构下刺激信息的本体感受也得到实现。
借助对振动刺激信息的感知，有望在刺激信息交互（如命令输入、交互通信和机器人操作等）、感知编码计算（如全材料键盘，智能计算器等）和物联网物理加密（如登陆权限认证，信息传输加密等）等领域，带来相关应用潜力。
另据悉，该成果或可给全材料智能系统带来新机遇，并对信息感知设备的设计，比如传感、计算和通信等产生重要意义。届时，智能设备也将从复杂硬件系统中解放出来。
