一种新技术通过在材料中本质上隐藏开口来保持结构完整性。与其增强开口（例如孔或窗口）以保护免受少数特定力量的影响，新方法重新组织几乎任何可能影响周围材料的力量，以避免开口。
无论是设计飞机中的窗户还是发动机的电缆导管，制造商在增强开口以确保结构完整性上投入了大量精力。但这种增强通常不是完美的，并且往往在其他地方造成结构弱点。
现在，普林斯顿大学和乔治亚理工学院的工程师们开发出一种技术，可以通过本质上隐藏开口来保持结构完整性。与其加强开口以防止少数特定的力量，新方法重新组织几乎所有可能影响周围材料的力量，以避免开口。
在5月5日发表在《美国国家科学院院刊》上的一篇文章中，研究人员表示，他们用微观结构包围开口，以抵御多种载荷——造成应力、运动或变形的外部力量。微观结构的形状和方向经过校准，能够与结构面临的最大挑战性载荷相配合，使设计师能够同时应对多种应力。
“想象一下一个有孔的板。如果你给它施加应力，如果你拉扯它，你会看到应力集中在板的孔周围，使得板比没有孔时更早地断裂，”乔治亚理工学院的机械工程助理教授、本文作者之一艾米莉·D·桑德斯说，“我们希望设计环绕这个孔或缺陷的东西，使得这个孔看起来不存在。”
普林斯顿大学的主要作者、玛格丽塔·恩格曼·奥古斯丁工程教授格劳西奥·保利诺表示，设计师通常在窗口或隧道等开口处增强结构。但他表示，通过在一个方向上增强结构强度，增强可能在其他方向上产生新的应力，从而引入其他问题。隐形技术的目标是通过重新引导力量来保护结构，而不产生新的或不希望的应力水平。
研究人员受到了树木节的启发，在那些地方，树木节中的微观结构似乎能够将力量引导到根或枝条等侵入物的周围，保持结构强度。研究人员想知道是否可以设计结构在制造材料中做到同样的事情。
保利诺表示，该技术依赖于两个优化问题，旨在从一系列选择中选择最佳解决方案。第一个问题揭示了将对物体结构造成最大挑战的载荷。这听起来比实际要具挑战性，因为结构或机器上的载荷会随着环境变化。
“任何结构都可能承受无限数量的载荷。每当你开车时，载荷都是不同的，风可能在不同的方向吹，或者温度可能波动，”保利诺说。
研究人员发现，计算6-10个最坏情况下的载荷可以产生最有效的结果。凭借这些信息，他们运行第二个优化问题，以找到围绕窗口或导管创建和部署微观结构的最有效方法。
“作者提出的优化技术代表了一种突破性方法，能够使缺陷隐形，而不受任何外部施加力量的方向影响，”意大利特伦托大学的固体与结构力学教授达维德·比戈尼说。“这实现了全方位隐形，这一特性具有广泛应用。这包括确保器官组织替代中的机械应力中性，修改结构元素以促进机械或民用基础设施中设备的通过，以及增强艺术作品的修复。”
这个想法类似于为隐藏电磁谱上的物体（如隐形飞机）而开发的隐形技术。保利诺解释说，固体材料的方程比电磁学的方程更具挑战性。但他说，目标是相同的。
“任何弹性扰动都被隐形技术所掩盖，”他说。“就好像它不存在。”
