武科大网讯（通讯员李恺）近日，我校物理与力学学院工程力学系副教授李响与南京理工大学副教授吴迎（共同通讯作者）团队合作，以“3D self-locking granular metamaterials”为题在国际顶级学术期刊、《Science》姊妹刊《Science Advances》上发表研究论文。李响为该论文的共同通讯作者，我校为论文第二完成单位。

传统机械超材料大多依赖规则单元结构，如点阵、蜂窝或折纸结构，这类体系在制造完成后结构与性能即被“固定”，难以根据外部环境变化进行拆分、重构或重复利用。与此同时，颗粒材料虽具有可重构性，但通常需要外部约束（如容器或压力）才能维持整体稳定，一旦约束失效，结构即发生塌陷，失去承载能力。这种“要么稳定、要么可变”的矛盾，长期制约了结构材料在冲击防护与可重复使用领域的发展。

能否设计一种无需外部约束、同时具备稳定性、可重构性与高吸能能力的三维结构材料？研究团队从自然界获得启发——苍耳种子表面的倒钩结构可在无外力作用下实现自锁，从而附着于动物毛发或织物表面。基于这一机制，团队设计了一种由刚性椭球体与柔性弹性钩组成的颗粒结构：当大量颗粒堆积时，钩结构相互嵌合，形成稳定的自锁结构，无需任何外部约束即可保持形状并具备稳定的承载能力。

本研究的核心突破在于提出了一种全新的材料范式——自锁颗粒超材料。该结构不仅具备高能量吸收能力，还可在加载后保持结构完整并重复使用，有效解决了传统泡沫材料不可恢复的问题。这一设计为冲击防护、可重复使用包装、航天缓冲结构乃至可编程颗粒系统提供了极具潜力的新方向。

图1 苍耳子结构及3D自锁颗粒结构设计

【作者介绍】

李响，武汉科技大学物理与力学学院硕士生导师，主要从事轻质材料/结构冲击动力学、力学超材料设计制造与性能表征方向研究。近年来以第一或通讯作者在《Science Advances》《International Journal of Extreme Manufacturing》《Materials & Design》《Composite Structures》《International Journal of Solids and Structures》《Applied Physics Letter》等国际顶级SCI期刊发表学术论文20余篇。

论文链接:https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.aec8845