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研究人员用可自我折叠的猕猴桃材料制成了机器人

资讯 2019-12-18 16:13:13

研究人员展示了kirigami启发的技术如何让他们设计出薄片材料,在环境刺激下自动重新配置成新的二维(2-D)形状和三维(3-D)结构。研究人员创造了各种各样的机器人设备,作为该方法概念的证明。

北卡罗莱纳州立大学机械与航空航天工程助理教授、该研究论文的通讯作者Jie Yin说:“这是我们所知的第一个不用机械输入就能自动将二维kirigami模式重塑成独特的三维结构的案例。”“相反,我们以热的形式应用能量,材料会重新排列自己。”

Kirigami是一种艺术形式,在其中一张纸被切割和折叠来创造新的形状和结构。

新的“活性猕猴桃”概念依赖于一种三层材料,由两层对热量不敏感的外层和一层对热量反应收缩的中间聚合物层组成。材料的形状和结构有两种控制方式。贯穿三层的贯穿层控制着材料的运动范围。蚀刻技术可以穿透外层,将热敏聚合物暴露出来,控制材料折叠的角度和方向,以及折叠的距离。当材料折叠时,它会打开贯穿的切口,将板材的形状转换成二维或三维的设计。

下面的视频展示了kirigami是如何工作的:

尹说:“我们可以用相同的穿透模式制作一个2-D模板,并通过对蚀刻进行细微的改变来创建许多不同的3-D结构。”“这有效地使积极的猕猴桃片可编程。”

作为他们概念验证的一部分,研究人员使用他们的“魔方”方法创造了一套响应温度的魔方机器,包括简单的抓握装置和自动折叠盒。研究人员还创造了一个软性机器人,它有奇异的身体和气动腿。通过改变身体的方向,研究人员可以迅速重新调整腿的位置,改变机器人的运动方向。概念验证机视频:

“我们在这项工作中使用了一种温度反应性聚合物,但是没有理由认为其他反应性聚合物材料——比如光敏液晶材料——不会有同样的效果,”尹说。“我们很兴奋地探索这些可编程的、活性的猕猴桃材料的潜在应用范围。”

这篇论文,“可编程的、更自由驱动的kirigami主动元表”,将发表在《美国国家科学院院刊》上。

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