研究人員開發了一種形狀像“中國燈籠”的聚合物結構，在壓縮或扭曲時可以快速轉變為十多個彎曲的三維形狀。這種變化可以通過磁場遠程刺激和控制。這為廣泛的實際應用開闢了可能性。
在製造燈時，團隊從薄聚合物片開始。將其切割成菱形平行四邊形，然後他們切割一系列均勻間隔的線。彼此穿過紙張的中心。這會創建由頂部和底部的固體材料條連接的平行帶。當頂部和底部條帶末端連接在一起時。紙張自然折疊成類似燈籠的圓形。
“這個基本形狀本身就會產生扭曲，”該論文的通訊作者、北卡羅萊納州立大學機械與航空航天工程教授尹傑說。 “換句話來說，有兩種固體形式。果然，它在燈籠形式下是穩定的。但是，如果通過從上方向下推壓該結構，它會逐漸開始變形，直到達到臨界點。此時，它會分解成類似於頂部的第二個穩定形狀。在頂部形狀中，該結構存儲了所有用於壓縮它的能量，所以當你開始將結構向上拉時，它會全部到達一個點。該能量會立即釋放出來。它很快就恢復了燈籠形狀。”
“我們發現，我們可以通過扭曲形狀，將燈頂部或底部的實心條向內或向外折疊，或者這些方法的組合來創造出許多額外的形狀，”該論文的第一作者、前博士姚野宏說。北卡羅來納州立大學的學生，現在是賓夕法尼亞大學的博士後研究員。 “每種格式也有不同程度的穩定性。有些形式可以在兩種穩定狀態之間切換。一種模型有四種穩定狀態。這取決於你是壓縮結構、扭曲結構，還是同時壓縮和扭曲結構。”
研究人員還通過附著一層磁性薄膜來對燈進行磁控制。在底部欄上這使他們能夠使用磁場遠程扭曲或壓縮結構。他們展示了該設計的幾種可能用途。包括一個溫和的磁性夾具，可以無傷害地捕捉和釋放魚。在水下打開和關閉的流量控製過濾器。緊湊的形狀可以立即向上延伸以重新打開破裂的管道。文章下方提供了測試視頻。
為了更好地理解和預測燈的行為，該團隊還創建了一個數學模型，顯示每個角度的幾何形狀如何影響最終形狀。每個穩定結構中的彈性能量是如何儲存的？
“這個模型使我們能夠對想要創造的形狀進行編程。當存儲的勢能轉化為動能時，形狀穩定性和形狀的力量，”洪說。 “所有這些對於創建所需的功能形式都至關重要。”
“繼續前進”尹說，“這些燈單元可以組裝成 2D 和 3D 架構，在機械材料和可變形機器人中得到廣泛應用。我們將對此進行探索。”
論文“通過存儲的彈性能量實現自主帶狀簇元單元的可重新編程的卡扣變形”，於 10 月 10 日發表在該雜誌上 天然材料– 本文由周才智和清海濤博士共同撰寫。北卡羅來納州立大學的學生；作者：Yinding Chi，前博士生北卡羅來納州立大學的學生，現在是賓夕法尼亞大學的博士後研究員。
這項工作得到了國家科學基金會的資助，編號為 2005374、2369274 和 2445551。
