近年来，人体科学和工程领域对材料性能的需求日益多样化和复杂化。传统单层材料往往难以满足极端环境下的力学要求，尤其是在面对多阶段非线性变形、能量吸收和复杂形态调控时表现尤为不足。受自然界中生物材料启发，科学家们开始聚焦于层状结构的设计理念，通过多层微观结构的协同作用，赋予材料卓越的机械性能。这种多层次结构不仅能够提高强度和韧性，还能实现超出单层材料能力范围的复杂非线性行为。逆向设计技术正是实现这一目标的关键方法，它结合先进的拓扑优化和高性能计算模拟，系统性地发掘和优化材料内部的微观几何和连接方式，从而精准编程材料的宏观力学响应。以贝壳的珍珠层（nacre）为灵感，研究人员成功地开发出具有多阶段突 buckling（弹跳）和力学平台区响应特性的层状软材料结构。
此类结构通过柔性层间连接和刚性销钉的合理分布，产生了复杂的层内外相互作用，导致材料能够展示出多重稳定态切换及能量高度耗散的特性。这些昂贵且精准的机械响应，不仅为抗冲击和振动吸收提供可能，同时开启了智能可穿戴设备和信息存储的新方向。逆向设计方法采用混合二维与三维有限元分析，充分利用梯度驱动的优化算法，克服了全三维设计的计算瓶颈，提升设计效率与精度。设计框架不仅针对微观软体分布进行调控，还同时优化层间刚性连接体的布局，实现了一种前所未有的设计自由度。实验验证部分通过软材料（如PDMS）与高模量碳纤维销钉的复合制作，搭配水溶性模具铸造，成功实现了逆向设计的复杂微结构样品，证实了理论模型与数值仿真结果的高度一致，展现出了预期的多阶段弹跳和力学平台特征。在N×1以及N×N的多单元阵列中，通过阵列单元数量和参数的调节，可以精准控制材料的初始刚度、峰值应力乃至力学跳变的顺序，进一步推动材料在减震和生物医学支撑领域的应用。
尤为引人注意的是编码信息能力的实现。研究团队利用设计的双轴对称单元，通过局部调整单元几何参数，成功操控多单元层状材料中瞬态弹跳的发生顺序，进而实现机械信息的存储和解码。这种新颖机制不仅扩展了机械材料的功能边界，也为安全信息加密和智能材料系统的开发带来全新思路。未来，在材料尺度微缩和工程应用的可扩展性方面，挑战与机遇并存。随着先进微制造技术的发展，如立体光刻3D打印和电火花加工，层状材料的高精度微结构制造成为可能，有望实现纳米至毫米级尺度的多功能材料系统。同时，提升材料的耐久性和稳定性依旧是研究重点，开发高性能软弹性体替代品及优化层间粘接技术，将为实际应用奠定坚实基础。
本文介绍的逆向设计层状非线性材料代表了现代材料科学与计算设计的前沿方向，展现了多学科交叉融合的广阔前景。随着相关技术成熟，基于此设计理念构建的智能材料有望广泛应用于震动控制、医疗康复、汽车安全及信息技术等关键领域，推动智能制造和高性能材料革命。
