近日，由中国科学院组织编写的《2025高技术发展报告》正式出版。中国科学院院士、同济大学基础学科前沿交叉中心主任、土木工程学院李杰教授与任晓丹教授团队应邀撰写“高技术前沿进展”章节之一《随机流形材料技术前沿进展》。

传统超材料多依赖规则、周期性微结构，存在缺陷敏感、局部应力集中、复杂工况下稳定性不足等局限。李杰院士团队提出，随机流形材料是以微—细观随机流形结构为核心特征，融合“随机性”与“流形特征”的新型功能材料体系。其内核主要是：借鉴自然生物材料在多尺度下形成的无序—有序协同机制，把欧氏空间中的微结构调控转向流形微结构的智能设计；以随机场与流形随机场理论刻画几何演化，以生成式人工智能、概率密度演化方法、物理信息神经网络实现微观结构重建与性能传播分析；通过增材制造、数字主线和“设计—制造”离线闭环，打通从结构表征、可控制备到多尺度性能调控的全链条。

《随机流形材料技术前沿进展》报告重点梳理了四方面关键突破，在“科学表征”方面，用高维随机场、流形随机场与深度生成模型描述材料微—细观非均匀流形结构及其演化；在“合成制备”方面，以多尺度增材制造和原位感知构建自感知、自决策、自演进制造生态，将工艺偏差转化为可调控优化变量；在“性能调控”方面，把概率反问题与力学反问题结合，借助统计等效代表性体积元、计算材料学与数据物理联合代理模型实现力学及多场耦合性能逆向设计；在“材料结构”方面，在参数化设计中嵌入材料行为调控，实现随机流形微细观结构与宏观结构性能的协同优化。相关方法在抗冲击超材料、非周期能量吸收结构和三维机械超材料高效发现中已展现显著性能提升空间。报告还展望了随机流形材料工程应用前景，未来5至10年有望在航空航天轻量化高可靠结构、国防抗冲击与多光谱隐身、智能柔性电子与软体机器人、海洋土木多功能复合结构等方向率先突破。例如：多级层状随机流形构型可用于航空发动机轻质承力部件与防护结构；跨红外—雷达—可见光隐身覆层可服务复杂战场平台；压电/形状记忆/光热响应基元可支撑可穿戴传感与植入式器件等。

据了解，李杰院士团队长期致力于随机动力学、随机损伤力学与工程结构可靠性研究，创立概率密度演化理论，并持续推动随机系统思想向材料结构一体化设计延伸。此次入选中国科学院高技术领域年度权威报告，体现了同济大学在随机力学—功能材料—智能制备交叉方向上的原创影响力。“随机不是误差，而是可设计的结构优势。”任晓丹教授表示，团队下一步将围绕极端服役环境下随机流形材料的使役行为与构效关系持续攻关，推动从实验室原型走向工程转化，服务高水平科技自立自强和关键战略领域新材料需求。

《2025高技术发展报告》是中国科学院“科学技术发展报告”丛书与学术引领系列品牌成果之一，聚焦信息、生物、能源、材料、先进制造、海洋、航空航天等高技术领域，既瞄准全球科技发展的战略制高点，又紧密契合我国重大战略部署，打造结构化“技术雷达”，面向决策层、科技界与产业界提供战略研判，持续为国家把握科技革命机遇提供科学指引。