Sci. Adv. ,编程剪切波非侵入式测量软材料内部应力

应力分布对于理解生物和人造软材料的功能非常重要。生物体内的细胞和组织在各种活动过程中都处于不同的应力状态，而人造软材料在设计和应用过程中也难以避免应力的影响。因此，开发一种可以非侵入式地测量软材料内部应力分布的方法具有重要的理论和应用价值。

3月8日，来自清华大学工程力学系AML生物力学与医学工程研究所的Zhaoyi Zhang 等人在          

Science Advances  期刊发表论文"  Noninvasive measurement of local stress inside soft materials with programmed shear waves  "。 本研究旨在开发一种基于声弹性成像的方法来推断软材料内部的应力分布情况，进而实现对软机器和软组织的应力监测和诊断。

文章指出，了解应力分布和大小对于揭示生物和人造软材料的功能非常重要。作者通过使用超声波探头激发和追踪剪切波的速度来演示了这种方法的应用，成功测量了等轴性水凝胶中的单轴和弯曲应力以及骨骼肌中的被动单轴应力。研究人员认为，这种方法将有广泛的应用前景，包括健康监测、软组织疾病的诊断和软机器的设计等领域。          

文章提出了一种基于声弹性成像的方法，通过测量定制编程的声辐射力引起的剪切波速度来推断软材料内部的应力分布情况。作者使用超声波探头远程激发和追踪剪切波，并演示了该方法在等轴性水凝胶中测量单轴和弯曲应力以及骨骼肌中的被动单轴应力的应用。这些测量都是在不知道材料本构参数的情况下完成的。          

通过使用编程的剪切波诱导定制声辐射力并测量其速度，我们提出了一种基于声弹成像的方法来推断软材料中的局部应力。我们成功地在等向性水凝胶中成像了单向和弯曲应力以及骨骼肌的被动单向应力，而不需要知道材料的本构参数。实验表明，我们的方法将具有广泛的应用范围，从健康监测软结构和机器到诊断改变软组织中应力的疾病。          

该研究提出了一种新的非侵入性方法来推断软材料中的局部应力，使得研究人员可以测量生物和人工软材料中的应力分布和大小。此外，该方法还可以用于健康监测和疾病诊断。该研究的方法可以在未知材料本构参数的情况下测量应力，这与目前已有的方法不同，具有重要的实际应用价值。此外，该方法可以用于评估软机器和软生物电子学器件的机械行为，如疲劳寿命。研究人员也注意到软材料的粘弹性会影响测量结果，提出了一种处理粘弹性的方法来提高测量精度。

原文链接: https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.add4082

转自：“科学研究进展”微信公众号

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