研究人员使用模型和实验来引导和控制多稳态机械结构中的过渡波

 
如果您曾经打开过雨伞或设置了折叠椅，则使用的是可展开结构，该对象可以从紧凑状态转换为展开状态。您可能已经注意到，此类结构通常需要相当复杂的锁定机制才能将其固定到位。而且，如果您曾经试着在风中打开雨伞或折叠一把特别顽强的折叠椅，那么您就会知道，当今的可展开结构并不总是可靠或自治的。
现在，哈佛大学约翰·保尔森工程与应用科学学院(SEAS)的一组研究人员利用多米诺骨牌效应设计了可部署的系统，这些系统只需轻轻一推即可快速扩展，并且在部署后稳定并锁定在适当的位置。
该研究发表在《美国国家科学院院刊》(PNAS)上。
SEAS应用数学博士后研究员，该书的第一作者艾哈迈德·扎雷伊(Ahmad Zareei)说：“如今，多稳定结构已在多种应用中使用，包括可重配置的体系结构，医疗设备，软机器人和可部署的航空航天太阳能电池板。”纸。 “通常，要部署这些结构，您需要一个复杂的驱动过程，但是在这里，我们使用这种简单的多米诺骨牌效应来创建可靠的部署过程。”
从机械上讲，多稳态构件(多米诺骨牌)在响应外部刺激(例如推动力)时从高能状态(站立)切换到低能状态(放下)时会发生多米诺效应。手指。当第一个多米诺骨牌倒塌时，它会将能量转移到其邻居，从而引发一波波，该波将所有构造块依次从高能状态切换到低能状态。

 
利用可伸缩结构的多米诺效应
这种可展开结构使用与下降的多米诺骨牌相同的原理，以从平坦的状态过渡到圆顶状。图片来源：Bertoldi Lab /哈佛SEAS
研究人员专注于由刚性杆连接的双稳态接头的简单系统。他们首先表明，通过仔细设计链节之间的连接，过渡波可以在整个结构中传播，从而将初始的笔直配置转换为弯曲的配置。然后，研究团队使用这些构建块设计了一个可部署的圆顶，只需轻轻一按即可从公寓弹出。
Katia说：“能够预测和编程这种高度非线性的行为开辟了许多机会，不仅具有变形表面和可重构设备的潜力，而且还具有推动软机器人技术，机械逻辑和受控能量吸收的潜力。” Bertoldi，SEAS的应用力学教授William和Ami Kuan Danoff，也是该研究的资深作者。

 
利用可伸缩结构的多米诺效应
只需轻轻一推，这些可展开的结构就可以从平坦变为弯曲。
Bertoldi的实验室还在研究和控制二维机械超材料中的过渡波。在最近发表在PNAS上的一篇论文中，该团队演示了一种二维系统，在该系统中，他们可以通过更改构件的形状或刚度并将缺陷合并到材料中来控制过渡波的方向，形状和速度。

 
利用可伸缩结构的多米诺效应
只需轻轻一推，这些可展开的结构就可以从平坦变为弯曲。
研究人员设计的材料中，波浪在水平，垂直，对角，圆形，甚至像蛇一样来回摆动的方向上运动。
SEAS的博士后研究员，论文的第一作者艾哈迈德·拉夫桑贾尼(Ahmad Rafsanjani)表示：“我们的工作大大增加了超材料的设计空间和功能，并开辟了一条新途径来控制材料在所需位置和速度下的变形。
“多稳态机械超材料中的引导过渡波”由Lishuai Jin，Romik Khajehtourian，Jochen Mueller，Vincent Tournat和Dennis M. Kochmann合着。