研究人員從蝴蝶翅膀中獲取靈感，創造出一種輕量化格子結構，具備卓越的強度、抗衝擊性及能量吸收能力。這種超輕材料是由日本仙台的東北大學研究人員，與中國湖北的武漢理工大學同事合作開發的。團隊模擬了昆蟲翅膀的脈絡幾何結構，建造了一種蝴蝶形狀的以體心立方格子架構，這不僅能最小化應力，還能提高對極端力量的抵抗能力。研究人員希望，這種高度韌性的結構能夠整合進未來的飛機，並用於抗震基礎設施，以提高整體安全性。
受到蝴蝶翅膀均勻應力分佈的啟發，科學家們提出了一種基於蝴蝶啟發的體心立方（BCCB）拓撲的新型各向異性格子設計。為了進行這項研究，團隊採取了獨特的方法。他們並未改變基材本身，這是一個資源密集的過程，而是專注於結構拓撲，以控制剛度、強度、變形行為及失效抗性。在實驗室測試和有限元計算機模擬中，這種新型格子顯著優於傳統設計。在準靜態壓縮和動態衝擊加載下，它展現出更高的彈性模量、增加的平臺應力及卓越的能量吸收能力。
研究人員強調，實驗和數值模擬被用來研究格子結構的靜態和動態機械行為。數位影像相關技術（DIC）被用來分析格子結構中的應力分佈。簡單來說，這種結構不僅更有效地抵抗力，還能有效管理這些力量在其內部的傳播。特別是新設計的格子展現出顯著較高的彈性模量、平臺應力及能量吸收性能。更重要的是，當受到衝擊時，結構能有效地通過X形變形路徑重新分配應力，類似於蝴蝶展翅。它抑制了局部崩潰並延遲了災難性失效。
東北大學先進材料研究所的副教授Eric Jianfeng Cheng博士對這一設計的潛力充滿信心。他認為這種能力可能為多種應用鋪平道路。Cheng在新聞聲明中表示，這種結構機制尤其引人注目，因為大多數輕量化格子材料無法承受局部屈曲或衝擊等力量。相比之下，我們的設計對突發的機械負載表現出更強的抵抗力。在航空航天行業，能夠吸收衝擊的輕量材料對於提高飛機安全性至關重要，而不增加額外的重量。這樣的格子可以幫助保護關鍵部件免受機械衝擊或碰撞的影響。
同時，在地震多發的地區，如日本，建築結構必須能夠快速吸收和消散地震能量。受到蝴蝶啟發的設計可能會創造出能夠承受震動並減少結構損害的材料。研究人員認為，這一設計在航空航天、汽車和防護系統等領域具有先進部署的潛力，這些領域對輕量化、抗衝擊材料的需求尤為迫切。該研究已發表在《國際機械科學雜誌》上。
