可编程弹性势能驱动的灯笼状带状簇超单元实现多稳态形变重构

来自前沿领域的研究人员通过设计灯笼状带状簇超单元，利用可编程存储弹性势能解决了自支撑三维结构自主形变重构的难题，实现了13种以上快速可重构的 snapping 形貌，为软体机器人、可展开器件及机械逻辑提供了全新设计范式。

　　

基于存储弹性势能（stored elastic energy）的 snapping 机制在自然界中可实现高效且多样化的形态切换，然而在自支撑三维结构（free-standing volumetric structures）中实现自主、可重构的形变仍面临挑战。本研究提出一种灯笼状带状簇超单元（lantern-shaped ribbon-cluster meta-unit），通过编程与重编程弹性势能，从一个单元中实现了超过13种不同的三维 snapping 形貌。该超单元通过三个欧拉角（Euler angles）调控，在制备后具备高达四稳态（quadrastable）的可调机械设计空间。与单带状或机制驱动设计不同，此系统通过多条带状结构之间的感性耦合（nastic coupling）自主选择 snapping 路径，从而支持复杂形貌的逆向设计（inverse design）。研究团队进一步利用磁驱动（magnetically actuated）的“花苞至绽放”（bud-to-bloom）转变和三稳态（tristable）形变，实现了在受限环境中快速、非侵入式的抓取（grasping）与远程流体调控（remote flow regulation）。这一研究为具有可编程形状、稳定性和功能的结构材料（architected materials）提供了通用框架，在软体机器人（soft robotics）、可展开器件（deployable devices）和机械逻辑（mechanical logic）等领域具有广泛的应用潜力。