具有可调机械稳定性的齿轮拓扑超材料

绝缘体与导体的材料分类已被拓扑绝缘体的发现所动摇，后者在边缘稳健导电而块体不导电。在力学中，将材料指定为绝缘或导电等同于询问其是刚性还是柔顺的。尽管已提出显示拓扑柔顺模式的机械结构，但它们都易受全局坍塌影响。本文中，我们设计并构建了稳定且能够容纳受保护边缘和块体模式的机械超材料，类似于电子拓扑绝缘体和Weyl半金属中的模式。为此，我们利用齿轮组件，其与由弹簧连接的质点不同，结合了平移和旋转自由度。通过消除贯穿组件的集体齿轮旋转的几何阻挫，实现全局结构稳定性。机械模式的拓扑鲁棒性使它们在从工程宏观结构到潜在用于微型机器的齿状微转子网络的不同尺度上具有吸引力。