具有可切换泊松比的可变刚度超材料

文摘   2025-01-30 12:00   安徽  

超材料被设计成表现出不寻常的特性,如在预期收缩时材料会膨胀。通常,超材料有一个单一的响应(例如,总是膨胀),但调整这种响应的强度(例如,有时膨胀,有时收缩)对适应性很有价值,并可以增强软机器人和可穿戴设备的适应性。我们开发了一种可变刚度超材料(VSMM),它可以在“通常”材料特性和被超材料作用显著改变的材料特性之间切换。我们通过将具有可变刚度性能的机械超材料嵌入到软弹性体矩阵中来实现可调性能。以柔软的、可伸缩的传感器为例,我们演示了特性切换如何允许传感器适应不同的灵敏度和应变范围的要求。


机械超材料是一种具有非常规机械响应的结构材料。大多数机械超材料都有单一的材料响应,但调节程序响应强度的能力有助于增强超材料对不同应用要求的适应性。这项工作提出了可变刚度超材料(VSMMs),由热响应,可变刚度场的金属硅复合材料嵌入在一个软硅弹性体制成。我们研究了具有不同超材料结构和组成材料刚度比的VSMM,并证明了VSMM特性主要由刚性状态的嵌入超材料和软状态的主弹性体决定。我们通过生产可以在性能状态之间切换的电容式传感器来展示VSMM的实用性:有限变形的高测量灵敏度(<10%)或大变形的低灵敏度(>60%)。





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