分层几何与粘附：面向刚性界面的仿生设计

在整个生物学中，层次结构是以最少材料使用实现强度的结构几何中反复出现的主题。在漫长的时间尺度上，演化带来了优化问题的优美解决方案，而这些方案直到现在才被理解并融入工程设计中。这种层次结构的一个特定例子见于有蹄类动物蹄内刚性角质化材料与柔软生物物质之间的连接处。以该生物界面为设计主题，我们研究了层次结构在两种材料之间创建刚性、鲁棒界面中的作用。我们表明，通过分层设计，可以操纵剪切和拉伸载荷下组分材料刚度与整体界面刚度之间的标度律。此外，我们揭示了高阶结构的标度律级联，并将其起源与结构内部竞争的变形模式联系起来。我们证明，当连接两种不同刚度的材料时，在剪切或拉伸作用下，分层几何与有益的力学性能相关联。