Густой мёд медленно растекается по тарелке. В таком мире, где трение подавляет инерцию, движение управляется не силой, а вязкостью. Именно так ведут себя многие мягкие материалы: полимерные гели, коллоидные суспензии, содержимое живых клеток. Учёные задались вопросом: можно ли локально менять вязкость, чтобы материал по-разному реагировал на нагрузку в разных точках?
Они разработали метод, основанный на идее «направленного старения»: подобно тому, как мышцы укрепляются от упражнений, материал «тренируется» изменять своё сопротивление в ответ на локальные деформации. Используя математический подход, который описывает энергетические потери в вязкой среде, авторы вывели правила обновления вязкости в каждой точке. Эти правила позволяют материалу постепенно подстраиваться под желаемое механическое поведение.
Чтобы проверить идею, учёные смоделировали неупорядоченный материал Максвелла — субстанцию, которая ведёт себя как упругое твёрдое тело при быстрых воздействиях, но течёт как жидкость при медленных. Оказалось, что, локально меняя вязкость, можно управлять коэффициентом Пуассона — величиной, показывающей, насколько материал сжимается в одном направлении при растяжении в другом. Например, можно сделать так, чтобы материал при сжатии не расширялся в стороны, а оставался неизменным или даже сжимался.
Такой подход напоминает обучение нейронной сети, но вместо весов связей здесь настраиваются локальные вязкости. Материал сам «учится» нужному поведению, подстраиваясь под внешние условия. Это открывает путь к созданию умных гелей, которые меняют жёсткость в ответ на прикосновение, или полимеров, адаптирующихся к нагрузкам.
как её написали авторы, на английском arXiv:2602.19122
In regimes where inertia is negligible, the temporal evolution is governed by overdamped dynamics. This limit is particularly relevant in soft-matter contexts, such as polymers, colloidal suspensions, and processes occurring at the cellular scale. Being able to manipulate the dynamics of such many-particle systems would enable control over rate-dependent elastic responses, time-dependent material properties, relaxation processes, and perhaps the hydrodynamics of suspensions. In this work, we develop a framework for manipulating overdamped dynamics through local, physically motivated update rules. Our approach is inspired by ideas from physical learning and directed aging, in which microscopic parameters adapt autonomously to endow a material with a desired function. Using the Rayleighian formulation, whose minimization reproduces the overdamped equations of motion, we derive approximate directed-aging and equilibrium-propagation rules tailored to dissipative systems. To demonstrate these ideas, we study a disordered Maxwell material that behaves elastically at short times but flows at long times. By locally modifying the viscous damping, we show that one can tune the viscous Poisson's ratio and shape local mechanical responses. These results illustrate how materials can be trained to exhibit targeted rate-dependent elastic and viscous behaviors.
Коэффициент Пуассона обычной пробки близок к нулю: при сжатии она почти не расширяется в стороны, поэтому пробку легко вставить в бутылку.