科学家从汉字中找到了设计超强材料灵感

图 | 汉字超材料阵列与蜂窝阵列的压缩破坏对比（来源：https://doi.org/10.1063/5.0304459）

这项研究中最重大的发现，是“天”字型超材料展现出了压倒性的性能优势。数据显示，“天”字结构的模量和强度显著高于其他汉字设计，也超越了传统的六边形对照组。它不仅拥有最高的比强度和比刚度，甚至达到了高性能金属或刚性塑料泡沫的水平。

更深层的力学机制在于变形模式的转变。论文指出，大多数汉字结构在受力时表现出“弯曲主导”的强度特征，即结构容易发生屈曲，较为柔韧。而“天”字结构却展现出了罕见的“拉伸/压缩主导”强度。研究者推断，这是因为“天”字特有的双层横向支柱产生了相互作用，极大地抵抗了受载后的结构侧向位移。

此外，“夫”字与“天”字虽然相似，但由于顶部横画较短且有偏移，其力学表现就大相径庭。这也证实，超材料的性能对对称性等几何细节极其敏感。只做微小的参数调整，就会显著改变材料的变形模式与整体力学表现。

用工程学的视野重审人类文明结晶

这项研究从汉字超材料本身出发，揭示了一个极具启发性的设计方法论：几乎任何具有几何规律性的人类文化符号，都可能成为有效的超材料结构单元候选。

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在数千个常用汉字中，“人、大、天、夫”只是沧海一粟。帕尔维兹强调，这只是“从众多潜在字符中提取的一滴水”。未来，孟加拉语字母、阿拉伯书法、印度梵文等其他人类书写符号，甚至各类装饰艺术中的几何图形，都有可能成为力学超材料的灵感源泉。

文字符号不只是语言的载体，也是特定文化对几何形式长期审美与实践选择的结晶。它们在漫长的历史演变中，经受了书写效率、视觉平衡的筛选，这些经过漫长时间检验的形式，或许在某种意义上也经历了一种非显式的"结构优化"。

从汉字实验中提炼出的规律，未来可直接应用于航空航天（轻质高强可编程材料）、生物医学（可控柔性植入物）以及防撞能量吸收系统等前沿工程领域。

值得注意的是，这项研究目前选取的四个汉字字形简单且相互关联，这在研究设计上便于变量控制与系统比较，但也意味着研究尚处于探索性阶段。

但阿拉姆在接受采访时特别强调了这项研究的跨学科意义。他表示，符号形式的运用“不仅在工程设计中有其价值，还应当激发另一种类型的学习兴趣”，并希望借此推动工程学、材料科学与历史学、文化研究之间更深入的交叉合作。

一篇从汉字中提炼力学规律的论文，出现在严肃的物理学期刊《应用物理学杂志》上，本身就是一件颇具象征意味的事情。它提醒我们，科学与文化从来不是两个相互隔绝的世界：前者追求普遍规律，后者积淀人类经验。最具创造力的结构灵感，或许正来自对人类已有知识体系的重新审视。