新技术可以加速声透镜、抗冲击薄膜和其他未来材料的发展

超材料是工程技术的产物。它们由日常聚合物、陶瓷和金属制成。当在微观尺度上精确构造时，这些普通材料可以呈现出非凡的特性。

在计算机模拟的帮助下，工程师们可以随意组合各种微观结构，以观察某些材料如何变形，例如，变成声音聚焦声透镜或轻质防弹膜。

但模拟只能进行到目前为止的设计。要确定超材料是否符合预期，必须对其进行物理测试。但是，目前还没有可靠的方法在微观尺度上对超材料进行推拉，并且在此过程中不接触和物理损坏结构，以了解它们的反应。

现在，一种新的基于激光的技术提供了一种安全快速的解决方案，可以加速发现有前景的超材料，以用于现实世界的应用。

这项技术由麻省理工学院的工程师开发，通过两个激光器系统探测超材料——一个快速击打结构，另一个测量其响应振动的方式，就像用木槌敲击铃铛并记录其回声。与木槌不同，激光器没有物理接触。然而，它们可以在超材料的细小光束和支柱中产生振动，就像结构被物理撞击、拉伸或剪切一样。

这张光学显微照片显示了反射基板上的微观超材料样品阵列。

工程师们可以利用所产生的振动来计算材料的各种动态特性，例如它对冲击的反应以及它如何吸收或散射声音。通过超快激光脉冲，他们可以在几分钟内激发和测量数百个微型结构。这项新技术首次提供了一种安全、可靠和高通量的方法来动态表征微尺度超材料。

麻省理工学院机械工程系英国人和亚历克斯·达贝尔夫职业发展教授卡洛斯·波特拉说：“我们需要找到更快的测试、优化和调整这些材料的方法。通过这种方法，我们可以根据你想要的特性，加速发现最佳材料。”

波特尔拉和他的同事在《自然》杂志上发表了一篇论文，详细介绍了他们的新系统，他们将这个系统命名为LIRAS（激光诱导共振声光谱）。他的麻省理工学院的合著者包括第一作者云凯、索马亚朱鲁·杜利帕拉、雷切尔·孙、杰特·莱姆和托马斯·佩泽尔，以及能源部堪萨斯城国家安全校园的华盛顿·德利马。

一个缓慢的提示

波尔特拉研究的超材料由普通聚合物制成，他通过3D打印将其制成由微观支柱和横梁组成的支架状小塔。每个塔通过重复和分层单个几何单元进行图案化，例如连接横梁的八角形结构。当端对端堆叠时，塔的排列可以赋予整个聚合物以它原本没有的特性。