EMetaNode：宽带振动衰减与自供能感知的电力机械亚材料节点
应用物理
2026-01-14 v3
摘要
近期机械亚材料和压电能量收集的进展为指导和转换 electromechanical 系统中的机械能、实现自主感知和振动控制提供了激动人心的机会。然而，实际实现仍较为罕见，due to 缺乏先进的建模方法和跨学科壁垒。通过将机械亚材料与基于功率电子的接口电路集成，本文首次实现了一种电力机械摩擦诱导亚材料节点，实现了同时具备自供能感知和宽带振动衰减功能。建立了基于简化阶数建模的数值谐波平衡方法，用于推广具有局部非线性特性的非线性亚材料，显著提升了计算效率。首次揭示了由同步开关接口电路引起的电力机械摩擦，导致能量收集能力以及更广的非线性带隙和更高谐波引起的振动衰减。实验方面，实现了一个电力机械亚材料节点，用于温度和加速度数据的自供能感知，凸显了其在结构健康监测和物联网应用中的潜力。这一研究为通过结合先进的接口电路与机械亚材料，为实现结构和系统的自主感知和振动控制提供了一条实用的路径。
引用
@article{arxiv.2506.02960,
title = {EMetaNode: Electromechanical Metamaterial Node for Broadband Vibration Attenuation and Self-powered Sensing},
author = {Bao Zhao and Lorenzo Di Manici and Raffaele Ardito and Eleni Chatzi and Andrea Colombi and Songye Zhu},
journal= {arXiv preprint arXiv:2506.02960},
year = {2026}
}