近日，航天学院复合材料与结构研究所王长国教授、王亚飞副教授团队在活性机械超材料与非互易波传播领域取得重要进展。相关成果以“Nonreciprocal transition waves in active lattices”为题，发表在固体力学领域旗舰期刊《Journal of the Mechanics and Physics of Solids》（Volume 215, 106697）上。研究提出了具有自复位能力的活性双稳态晶格，揭示了快激发—慢恢复耦合驱动可逆非互易过渡波的新机制。

过渡波是连接不同稳定构型的移动界面，可同步传递机械能、结构状态和信号信息。传统被动双稳态材料主要依靠一次性势能释放驱动波前，传播后通常需要外力复位，且波速和方向多由几何与材料参数预先决定。如何在几何对称结构中实现可逆、可重复、可调控的非互易传播，是该领域的重要问题。

受肌节收缩与恢复过程启发，团队构建了由质量块、连接弹簧以及并联主动/被动双稳态元件组成的活性晶格。位移描述单元在两个稳定状态间的快速跳变，主动刚度则作为随局部位移缓慢演化的内部变量，表征能量注入控制下的恢复过程。

图1 受肌节动力学启发的主动自复位双稳态晶格及其可调能量景观

过渡波通过后，位移快速完成状态转换，而主动刚度的恢复相对滞后，在波后方留下具有历史记忆的“恢复尾迹”。该尾迹持续重塑局部势能景观，使返回波面对前一列波改变后的非平衡介质，形成类似生物兴奋介质“不应期”的动力学效应。因此，即使几何结构完全对称，系统仍会表现出方向相关的传播阈值、波速、波宽和能量通量。

团队建立了含Rayleigh黏性耗散和主动刚度演化方程的离散模型，并发展了位移场—主动刚度场耦合的连续模型。理论结果表明，非活性系统主要表现为一次性单向传播；引入慢恢复后可实现双向可逆传播；进一步调节主动与被动刚度参数，正、反向波会呈现明显不同的稳态速度和波宽。连续模型与离散结果保持良好一致，并展示了返回位置可调和多次往返传播等行为。

图2 主动自复位双稳态晶格中非互易性的调控与定量分析

为揭示快慢耦合下的波传播规律，团队采用奇异摄动和匹配渐近展开处理时间尺度分离，并结合机器学习修正慢变量波形，获得正、反向过渡波的波速、波宽、波形和能量通量的解析近似表达。研究进一步构建了非互易波速、波宽与能量传输指标，系统揭示恢复速率、主动/被动刚度比例及势能形状参数对传播方向和非互易强度的共同影响。结果说明，非互易传播无需依赖复杂的几何不对称，也可通过时间尺度分离、能量景观动态重置和历史记忆实现，为方向性能量传输、信号隔离、自适应结构和智能机械超材料设计提供了新路径。

图3 非互易波速、波宽与能量传输的参数图谱

哈尔滨工业大学为论文第一署名单位和通讯单位，航天学院博士研究生张尧为论文第一作者，王长国教授和王亚飞副教授为共同通讯作者。该研究与华南理工大学、中国科学技术大学、香港科技大学、浙江大学及爱尔兰高威大学的研究人员合作完成，得到了国家自然科学基金面上项目、深圳市基础研究计划和哈尔滨工业大学神舟青年学者基金等项目的资助。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.jmps.2026.106697