Раскрыт метод проектирования адаптивных плетёных складных структур

Группа исследователей под руководством профессора Ли Бина из Шэньчжэньского кампуса Харбинского технологического института опубликовала свои последние результаты в журнале Science Advances. Команда объединила принцип метаморфных механизмов с техникой плетения и предложила метод проектирования адаптивных плетёных складных структур, который обеспечивает совместную реализацию многократного складывания и многомерной связанной деформации. На основе этого метода был построен библиотечный набор программируемых деформируемых структурных элементов и проведена проверка их функционального применения в различных сценариях.

Традиционные складные структуры (оригами) благодаря уникальной геометрической деформируемости широко применяются в раскрываемых конструкциях, гибких роботах, механических метаматериалах и интеллектуальных устройствах. Однако они опираются на однослойную складчатую топологию, из-за чего между складываемостью, степенями свободы движения и способностью к реконфигурации возникают ограничения — трудно одновременно добиться богатых режимов деформации и высокой реконфигурируемости. Вдохновляясь обычными плетёными структурами, исследователи предложили метод плетёного складывания, который строит новую пространственную топологию через взаимное переплетение и взаимные ограничения полос, что значительно расширяет двигательные режимы при сохранении гибкости деформации. Такие структуры одновременно удовлетворяют требованиям раскрываемости, плоской складываемости и жёсткой складываемости, поддерживая растяжение, изгиб и кручение.

Исследователи также обнаружили, что простое «сложить влево или вправо» можно преобразовать в аналогичные компьютерным бинарные «0» и «1», создав уникальный механизм складчатого кодирования: каждый складчатый элемент имеет два состояния, а их комбинации соответствуют различным последовательностям складывания и пространственным конфигурациям, наделяя физическую структуру свойствами реконфигурации формы и кодирования информации одновременно. В шестиугольных плетёных структурах разные субэлементы кодируются как «1» и «0», а между ними возможны различные режимы соединения. Команда продемонстрировала прикладные возможности: механическое шифрование через программируемое преобразование конфигураций, адаптивную диафрагму с регулировкой размера и формы, а также магнитный захват для работы в сложных средах — от проектирования формы к проектированию функций.