软质材料大变形接触的尺度律
软凝聚态物质
2025-09-24 v1
摘要
软质实体的压缩是生物学、材料科学和机器人学中的核心问题，但现有接触理论在大变形时会失效。本文通过将尺寸化简方法扩展至非线性范畴，构建了软质实体压缩的通用框架。推导出接触力与接触半径的解析解，并通过有限元仿真和针对标准几何形状（锥形、半球、圆柱）的实验验证，达到 50% 压缩下的高度准确性。从该框架中导出一种普适尺度律，统一了不同形状乃至不规则软体（如人造坨胎）的非线性力位响应。利用这一原理，我们设计了一种基于视觉的触觉传感器，用于重构实时压力图，实现对脆弱物体的精细机器人操作。该工作既推动了大应变力学的基本理解，也为软体机器人和生物医学应用中的稳健触觉技术开辟了道路。
引用
@article{arxiv.2509.18581,
title = {A scaling law for large-deformation contact in soft materials},
author = {Tong Mu and Shizhuo Weng and Changhong Linghu and Ruozhang Li and Jingyi Yu and Zhonghao Xu and Yingjie Fu and Lin Yang and Domenico Campolo and Yanju Liu and Jinsong Leng and K. Jimmy Hsia and Huajian Gao},
journal= {arXiv preprint arXiv:2509.18581},
year = {2025}
}