磁石によりメタマテリアルの変形挙動を制御する技術を実証(Researchers Demonstrate How Magnets Influence Behavior of Metamaterials)

2026-03-20 ノースカロライナ州立大学(NC State)

米ノースカロライナ州立大学(NC State University)の研究チームは、磁石の配置により人工的にメタマテリアル的な挙動を実現する新手法を開発した。通常メタマテリアルは微細構造で特殊な物性を生み出すが、本研究では単純な磁石配列によって同様の特性を再現できることを示した。磁石間の相互作用を制御することで、外部からの力や変形に対する応答を自在に調整可能となり、特に負の圧縮率のような特異な力学特性も実現した。これにより、従来より低コストかつ柔軟な設計が可能となり、ロボティクスや衝撃吸収材料、適応構造などへの応用が期待される。本成果は、メタマテリアル設計の新たなアプローチを提示するものである。

<関連情報>

磁気結合により、軟質メタマテリアルにおけるランダムなスナップ動作が秩序だったシーケンスに変換される Magnetic coupling transforms random snapping into ordered sequences in soft metamaterials

Haoze Sun, Gabriel Alkuino, Yinding Chi, Yevhen Zabila, […] , and Jie Yin
Science Advances  Published:20 Mar 2026
DOI:https://doi.org/10.1126/sciadv.aec3182

磁石によりメタマテリアルの変形挙動を制御する技術を実証(Researchers Demonstrate How Magnets Influence Behavior of Metamaterials)

Abstract

Mechanical metamaterials achieve multistep, programmable responses through sequential deformation driven by snapping instabilities, yet these sequences are typically governed by unavoidable imperfections, resulting in random and uncontrollable behavior. Here, we harness intra- and interlayer magnetic interactions coupled with elasticity to reprogram the ordering of sequential buckling instabilities in kirigami-inspired soft magnetic metamaterials. In single-layer systems, intralayer coupling among magnetized units produces random snapping sequences but generates strongly nonlinear-spiked force-displacement responses with pronounced hysteresis, in contrast to the simultaneous buckling of unmagnetized sheets. In multilayer assemblies, interlayer magnetic interactions trigger chain reaction–like propagation, transforming randomness into robust, directional snapping across structures. This mechanism establishes a paradigm for deterministic, multistep mechanical responses without continuously applied fields and opens avenues for adaptive materials in energy dissipation, waveguiding, reconfigurable soft robotics, and biomedical devices.

0102材料力学
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