先进材料的力学设计与三维组装

        材料是人类文明进步的基石。航空航天等高端装备的发展实践表明，新材料突破是推动装备技术革新的关键。传统材料研发遵循“材料引领、力学跟进”的模式，力学研究多限于已有材料的性能分析与验证，难以从源头创制全新材料体系。近年来，以人工智能、数字化制造为代表的新兴技术推动多学科深度交叉融合，逐步打破了受制于学科知识壁垒与技术发展水平的传统研发格局，催生出以力学为牵引、力学与制造深度协同创新的新材料研发新范式。该范式通过原材料自下而上三维组装，构建跨尺度层级结构，可在不依赖原材料本征高性能的前提下，制备出综合性能优异、兼具多重矛盾属性的块体材料，具备媲美天然生物材料的潜力。相较于传统经验试错，新范式以严密理论为支撑，具有鲜明理性设计特征，可按需精准定制材料性能，大幅缩短研发周期，拓展工程材料的性能边界。

        这一范式高度依赖先进制造技术对理想多组分多层级结构的高效实现能力。然而，当前以 3D 打印为代表的数字化制造手段及配套材料体系仍不成熟，不仅可实现的材料组分种类与性能范围比较有限，而且组成成分-微观结构-工艺过程-服役性能间的定量映射关系尚未建立，严重制约了理性设计材料的工程化应用。课题组当前围绕先进材料的力学设计与三维组装方向开展系统研究，主要关注以下几个方面的内容：

    （1）多材料三维组装新方法：探索多材料界面兼容、跨尺度结构一体化的新型组装策略，拓展可制造材料体系与结构复杂度边界；

    （2）制造过程微结构演化机理：揭示打印/组装过程中温度场、应力场、流场、浓度场等多物理场耦合作用下，材料微观结构与宏观形貌的演化规律；

    （3）多尺度力学行为预测与调控：建立从微观到宏观尺度的力学模型，实现对组装材料强度、韧性及疲劳等关键力学行为的精准预测与主动调控。

柔性智能变形结构与机器人技术

        本方向以仿生设计为核心，提炼蜻蜓（灵活飞行）、人脸（表情运动）等生物体柔性结构的共性特征，聚焦仿生柔性智能变形结构与机器人的多学科交叉研究。核心目标是借鉴自然界生物体的结构优势，实现柔性结构的精准变形、高效驱动与智能适配，打破传统刚性结构机器人在复杂环境下的运动局限与交互瓶颈，推动柔性智能装备向轻量化、高精度、高适应性方向发展。

        课题组围绕该方向开展以下三方面内容研究：（1）仿生柔性变形结构的设计与精准成型，借鉴生物体结构特性，优化多材料（形状记忆合金、液晶弹性体、压电陶瓷等）协同组装与多功能复合结构设计，结合折纸、模块化可重构等设计思路，实现结构柔顺性与承载能力的协同提升，满足复杂形变、状态切换、狭小空间适配等多样化需求；（2）柔性结构驱动机理与调控技术，揭示仿生柔性结构的变形规律与驱动响应机制，实现精准、高效的变形控制；（3）仿生柔性机器人的智能感知与自主决策，整合结构感知、驱动执行与具身智能算法，实现机器人与复杂环境的实时交互、自主避障与任务适配，推动其在医疗健康、灾害救援、环境监测等领域的工程化应用。