“今天的形状转移材料并且结构只能在几种稳定的配置之间过渡，但我们已经显示了如何创建具有任意形状的形状传感功能范围的结构材料，“Lola英国De valpine of Apply Mathematics，Offerismic和进化生物学教授L Mahadevan说以及本文的物理和资深作者。“这些结构允许独立控制几何和力学，使用新型的可变单元电池奠定工程功能形状的基础。”
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设计变形材料的最大挑战之一是平衡一致性和刚性这两个看似矛盾的需求。一致性使变换成为新的形状，但如果它太过共形，就不能稳定地保持形状。刚性有助于将材料固定在合适的位置，但如果它太刚性，它就不能呈现新的形状。
该团队从一个中性稳定的单元电池开始，该单元包含两个刚性元件，一个支柱和一个杠杆，以及两个可拉伸的弹性弹簧。如果你看过皮克斯电影的开头，你就会看到一种中性稳定的物质。皮克斯的灯头在任何位置都是稳定的，因为不管灯的配置如何，弹簧总是以协调的方式拉伸和压缩，从而抵消了重力。一般来说，中性稳定系统是由刚性和弹性元件组合而成，平衡了细胞的能量，使每个细胞都是中性稳定的，这意味着它们可以在无数个位置或方向之间转换，并且在其中任何一个位置或方向上都是稳定的。
“通过拥有中性稳定的单元细胞，我们可以在个体和集体水平上将材料的几何形状与机械反应分离开来，”高拉夫·乔杜里(Gaurav Chaudhary)说，他是SEAS的博士后研究员，也是该论文的第一作者之一。的几何单元细胞可以通过改变其总体规模以及不同单一动杆的长度,而其弹性响应可以改变通过改变内的弹簧结构的刚度或struts的长度和链接。”
研究人员随着它们的能力变成任何稳定的形状而被称为“杂物材料”。研究人员用自然稳定的关节，建筑物2D和3D结构连接了各个单元电池，来自个体杂物细胞。
研究人员使用数学建模和现实世界的演示来展示材料的形状换档能力。该团队表明，一张单张单晶体电池可以弯曲，扭转到螺旋中，变成两个不同面孔的形状，甚至承受重量。
“我们的研究表明，我们可以将这些元素组装成具有不同机械反应的任何形状的结构，”S. Ganga Prasath说，他是SEAS的博士后研究员，也是这篇论文的第一作者之一。“由于这些材料以几何为基础，它们可以按比例缩小，用于机器人或生物技术传感器，也可以按比例扩大，用于建筑规模。
Mahadevan说:“所有这些都为一种新型材料铺平了道路，这种材料的变形反应可以在多个尺度上得到控制。”
该研究由Edward Soucy合作。
该研究发表在国家科学院的诉讼程序中（PNA.）.
来源：哈佛大学
