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内容概览
现有技术缺点：
传统的3D形状变形技术依赖于持续的能量输入，这限制了它们在实际应用中的效率和持久性。 许多3D结构在制造时就预设了形状变形规则，导致最终的3D形状通常是预定的，无法刷新或重新编程。
现有的可变形结构通常缺乏有效的承载能力，这限制了它们在触觉设备中的实际应用，因为轻微的触摸可能会使变形的结构崩溃。
文章亮点：
提出了一种通过空间时间干扰交错装配来创建高效动态3D超表面的新策略，该策略不需要持续的能量输入即可维持形状，从而实现高效和持久的形状显示。
利用纸张基的交错装配，通过在软基底松弛过程中的快速刚度变化，实现了可刷新的复杂3D形状。
该方法理论上可预测，可以根据交错装配的几何形状和残余预应变来设计出所需的3D形状。
展示了使用32×24交错装配阵列作为触觉显示的复杂3D结构，这些结构可以用于视觉障碍者或在虚拟现实/增强现实应用中的触觉超表面。
应用场景：
触觉显示，特别是对于视觉障碍者，有助于视觉障碍教育、触觉反馈和虚拟/增强现实应用。
软机器人、生物医学设备、变形材料和虚拟现实/增强现实应用中的动态形状变形技术。
教育领域，特别是帮助视觉障碍者识别图形信息，提高他们的独立性和生活质量。
总结：
本文提出的3D超表面技术，通过一种新颖的、能量高效的动态刷新方法，克服了现有技术在能量消耗和形状可变性方面的限制。该技术不仅在3D形状变形领域展示了显著的进展，而且有望在多个应用领域中革新用户界面和感官体验。通过用户研究，验证了动态3D超表面在辅助视觉障碍者识别图形信息方面的有效性，为视觉障碍者社区提供了创新的辅助应用。这项研究为开发大规模、动态可刷新的3D超表面铺平了道路，这些超表面能够复制复杂形状，适用于各种领域。
文章名称：Energy-efficient dynamic 3D metasurfaces via spatiotemporal jamming interleaved assemblies for tactile interfaces
期刊：Nature Communications
文章DOI：https://doi.org/10.1038/s41467-024-51865-x
通讯作者：西湖大学工学院姜汉卿（Hanqing Jiang）
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图文简介
图1 基于交错纸张堵塞机理和屈曲设计策略以实现刚度变化及可编程结构。
图2 基于时空屈曲设计策略实现的动态可刷新三维结构。
图 3 复杂三维结构的逆向设计策略。
图4 气动控制的工作原理。
图5 大规模像素化交错组件阵列的控制策略。
图6 大规模像素化屈曲单元的可刷新性和复杂形状变形能力。
图7 关于动态三维超表面设备辅助视障人士的用户研究。
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文献来源
An, S., Li, X., Guo, Z. et al. Energy-efficient dynamic 3D metasurfaces via spatiotemporal jamming interleaved assemblies for tactile interfaces. Nat Commun 15, 7340 (2024). https://doi.org/10.1038/s41467-024-51865-x
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