凝聚态物理 > 软凝聚态物理
[提交于 2025年11月1日
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标题: 地质模仿:地球介质复杂材料中的涌现动力学
标题: Geomimicry: Emergent Dynamics in Earth-Mediated Complex Materials
摘要: 土壤和沉积物是具有复杂微观结构和力学性能的柔软、非晶态材料,同时也是混凝土等工业材料的构建单元。 这些由地球介导的材料在长期的环境压力下发生演变,如机械应力、化学梯度和生物活动。 在此,我们引入地质仿生学,这是一种通过学习地球介导物质的涌现和适应性动态来设计可持续材料的新范式。 类比于仿生学,我们认为这些地质材料遵循进化设计规则,在持续的自然力量作用下优化其结构和功能。 我们的核心论点是,通过解码这些规则:主要是通过理解异质组分之间多尺度相互作用所产生的新奇特性,我们可以设计出一类适应性强、可持续的物质。 我们在这里提出了两种互补的方法。 自上而下的方法借鉴自然,识别构建单元,并将它们映射到由其力学(而非化学)行为定义的功能组,然后研究环境训练如何调节这些组之间的相互作用。 自下而上的方法旨在利用并测试这一框架,通过在预定的波动应力下逐个构建地球材料,以引导复杂和非平衡材料的组装。 目标是创造具有程序化功能的材料,如抗侵蚀能力或自愈能力。 地质仿生学提供了一条真正设计地球介导循环材料的途径,潜在应用范围从气候适应性土壤和智能农业到对行星改造的新见解,从根本上将关注点从静态组成转向通过环境媒介的动态演化系统。
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