科學家從漢字中找到了設計超強材料靈感

2026-04-22 | 來源: MIT科技評論 | 轉到微信 | 有0人參與評論 | 字體: 放大縮小 | 收藏 | 打印

圖 | 漢字超材料陣列與蜂窩陣列的壓縮破壞對比（來源：https://doi.org/10.1063/5.0304459）

這項研究中最重大的發現，是“天”字型超材料展現出了壓倒性的性能優勢。數據顯示，“天”字結構的模量和強度顯著高於其他漢字設計，也超越了傳統的六邊形對照組。它不僅擁有最高的比強度和比剛度，甚至達到了高性能金屬或剛性塑料泡沫的水平。

更深層的力學機制在於變形模式的轉變。論文指出，大多數漢字結構在受力時表現出“彎曲主導”的強度特征，即結構容易發生屈曲，較為柔韌。而“天”字結構卻展現出了罕見的“拉伸/壓縮主導”強度。研究者推斷，這是因為“天”字特有的雙層橫向支柱產生了相互作用，極大地抵抗了受載後的結構側向位移。

此外，“夫”字與“天”字雖然相似，但由於頂部橫畫較短且有偏移，其力學表現就大相徑庭。這也證實，超材料的性能對對稱性等幾何細節極其敏感。只做微小的參數調整，就會顯著改變材料的變形模式與整體力學表現。

用工程學的視野重審人類文明結晶

這項研究從漢字超材料本身出發，揭示了一個極具啟發性的設計方法論：幾乎任何具有幾何規律性的人類文化符號，都可能成為有效的超材料結構單元候選。

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在數千個常用漢字中，“人、大、天、夫”只是滄海一粟。帕爾維茲強調，這只是“從眾多潛在字符中提取的一滴水”。未來，孟加拉語字母、阿拉伯書法、印度梵文等其他人類書寫符號，甚至各類裝飾藝術中的幾何圖形，都有可能成為力學超材料的靈感源泉。

文字符號不只是語言的載體，也是特定文化對幾何形式長期審美與實踐選擇的結晶。它們在漫長的歷史演變中，經受了書寫效率、視覺平衡的篩選，這些經過漫長時間檢驗的形式，或許在某種意義上也經歷了一種非顯式的"結構優化"。

從漢字實驗中提煉出的規律，未來可直接應用於航空航天（輕質高強可編程材料）、生物醫學（可控柔性植入物）以及防撞能量吸收系統等前沿工程領域。

值得注意的是，這項研究目前選取的四個漢字字形簡單且相互關聯，這在研究設計上便於變量控制與系統比較，但也意味著研究尚處於探索性階段。

但阿拉姆在接受采訪時特別強調了這項研究的跨學科意義。他表示，符號形式的運用“不僅在工程設計中有其價值，還應當激發另一種類型的學習興趣”，並希望借此推動工程學、材料科學與歷史學、文化研究之間更深入的交叉合作。

一篇從漢字中提煉力學規律的論文，出現在嚴肅的物理學期刊《應用物理學雜志》上，本身就是一件頗具象征意味的事情。它提醒我們，科學與文化從來不是兩個相互隔絕的世界：前者追求普遍規律，後者積澱人類經驗。最具創造力的結構靈感，或許正來自對人類已有知識體系的重新審視。