干燥叶片的中脉控制其形态形成

自然界干燥后的叶片常呈现卷曲和褶皱的形态，通常归因于产生 dome 形状的内部应变梯度。然而，这些应变梯度的来源仍不明确。尽管叶脉——特别是中脉——被认为影响形态形成，但其机械作用尚未系统研究。本文证明，中脉施加的机械约束在叶片干燥过程中产生多样化形态的生成中起关键作用。通过数值模拟和理论分析，我们展示，受非收缩中脉约束的均匀收缩叶肉，导致两种不同的配置类型：卷曲主导和折叠主导形态。在卷曲主导 regime 中，出现 S 曲线和 C 曲线形状，其中 C 曲线配置因其较低的弹性能更常见。在相反的情况下，折叠主导 regime 特征为折叠伴随边缘波纹。理论建模揭示，中脉曲率与错配应变之间存在线性关系，与模拟结果一致。此外，我们发现形态结果由叶肉与中脉的弯曲刚度比决定。我们构建了不同配置之间过渡的综合相图。这些发现为理解干燥叶片的形态形成提供了机械框架，为自然形态变化过程提供新见解，并为设计仿生可变形结构提供指导。