超材料是一种结构控制极其精确的复合材料。决定超材料性能的并非构成材料的物质，而是其结构。通常，超材料由重复的相同单元（称为晶胞）组成。据外媒报道，格罗宁根大学（University of Groningen）、格罗宁根大学医学中心（UMCG）和瑞典卡尔斯塔德大学（Karlstad University）的博士生Shyam Veluvali、Anastasiia Krushynska教授及其同事的最新研究表明，超材料的整体力学响应取决于连接在一起的晶胞数量及其排列方式。

图片来源：格罗宁根大学

Shyam Veluvali及其同事在期刊《Small Structures》上发表的论文阐述了构成超材料的单元的尺寸如何影响其最简单的行为，例如弹性。他们还发现，单元数量也会影响超材料的特性。此外，单元数量越多，预测超材料的结构行为就越容易。这些发现有助于更精确地预测超材料（例如骨植入物）的力学性能。

目前，骨植入物由钛合金制成，其刚度远高于骨骼本身，因此会承受咀嚼或说话时的大部分负荷。这种高刚度的钛合金会减轻剩余骨骼的负荷，而骨骼在适应这种负荷的过程中会逐渐变得脆弱。Shyam Veluvali表示：“我们提出用一种超材料替代传统的植入物。”通过调整材料的结构，可以使植入物的刚度与骨骼的刚度相匹配。在这种情况下，骨骼和植入物共同承担负荷，从而使骨骼保持强健。

该论文还表明，作用于超材料上的力的类型至关重要。Shyam Veluvali表示：“我们发现，不同类型的力，例如剪切力、拉伸力或扭转力，会对同一种材料产生不同的影响。”此前人们并不了解这一点，因为之前的研究只关注单一类型的力。

所有这些研究成果都对不同类型植入物（例如骨科或脊柱植入物）的设计以及机器人手抓取器或汽车保险杠等能量吸收器的应用具有实用价值。通过选择合适的单元尺寸和排列方式，这项研究成果有助于设计出更安全、更耐用的结构，以满足各种应用需求。