论文题目： Programmable Information Processing with Reconfigurable Self-Contact Variable Stiffness Mechanical Metamaterial
导语
在极端电磁环境或强干扰下，传统的电子芯片可能会“罢工”。能否让材料本身变得“智能”，不依赖电路就能存储、加密甚至传输信息？本研究给出了肯定答案。论文创造了一种能像软件一样被“编程”的机械超材料，为未来极端环境下的稳健信息处理提供了全新的物理平台。
一、核心创新：让材料的“软硬”可主动编程
传统机械材料的性能在制造完成后就固定了。本研究首次将形状记忆聚合物的“形状记忆效应”与“自接触变刚度”机制深度融合，实现了材料刚度的动态、可逆编程。
图1 图（i）展示外凸多边形单胞在“闭合”间隙时，受拉变硬、受压变软；图（ii）展示内凹单胞则相反，受压变硬、受拉变软。通过编程间隙，可以主动控制这种不对称刚度模式的开关
二、应用一：抗干扰的“物理硬盘”与加密锁
基于上述可编程单元，本研究构建了一个面内阵列，用于静态信息存储与加密。
信息存储：将每个单元视为一个像素。通过“编程”使特定单元的间隙为零（高刚度态），其余单元保持有间隙（低刚度态），就能在阵列中“写入”如字母“N”的图案。在背面集成压力传感器和LED，按压时，高刚度单元传递的压力更大，触发对应LED点亮，实现信息的可视化“读取”，如图2所示。
图2 上图展示如何通过编程单元阵列存储并点亮字母“N”“U”“A”“A”
信息加密：更进一步，为不同单元预设不同的间隙值。这使得各个单元刚度发生突变（接触）所需的压力阈值不同。只有施加一个特定的压力（作为“物理密钥”），才能让正确的单元组合同时触发，显示出加密信息（如字母“U”）。压力过大或过小，都只能显示错误或模糊信息。
信息存储超结构的一大亮点是免疫电磁干扰。在对比实验中，强电磁场导致U盘内视频文件无法播放，但该机械超材料存储和读取的信息完整无损。因为它完全依赖力学原理工作，从根本上杜绝了电磁干扰问题，如图3所示。
图3 a-e.展示只有用特定压力“密钥”按压，才能解密显示出正确的“U”，否则显示为“I”或“L”。f-g.电磁干扰实验
三、应用二：可编程的“物质搬运工”与信息载体
信息的动态传输可以以物质本身为载体。本研究将两种单胞组合，构建了一个具有可切换不对称刚度的四胞超材料，用于定向物质输运。
如图4所示，利用四胞超材料，可以将对称振动转变为非对称振动，从而产生定向驱动力：材料的拉伸-压缩不对称刚度，使其在对称的外部振动下，产生不对称的振动响应（例如向右振幅大，向左振幅小）。
图4 左图展示原始构型下，振动平台向右振幅更大；重新编程后，临时构型下向左振幅更大。
基于上述定向驱动，可以控制输送方向：利用形状记忆效应重新“编程”单胞，可以反转整体材料的不对称模式（变为向左振幅大，向右振幅小），从而实现对物质输送方向的主动控制。
实验证明，该平台能驱动液滴或质量块实现定向移动，并且能完成垂直向上的“抗重力”输运，如图5所示。
图5 a-e.液滴定向驱动实验：液滴在同一沟槽中，因材料构型不同而实现了向左或向右的定向移动。f-g.质量块定向驱动和反重力驱动
这项工作成功地将智能材料与机械超材料结合，创造了一个真正可重构、可编程的物理信息处理平台。它演示了在机械域内实现信息存储、加密和传输的完整路径，其抗电磁干扰、高可靠性的特点，在航天、特种工业等极端环境下具有重要应用潜力。这项研究不仅为新型机械计算和存内计算提供了材料基础，也为我们思考如何超越传统电子范式，利用物质本身的物理属性处理信息，打开了新的空间。
论文第一作者为南京航空航天大学航空学院博士生覃华东，孟晗教授为通讯作者。该研究成果得到国家自然科学基金的资助。
原文链接：
https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.77680
