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上海交通大学密西根学院:三维可重构曲线模块化折纸结构的逆向设计
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论文链接:https://www.nature.com/articles/s41467-022-35224-2 微观到宏观制造技术的不断进步,使制造有着自然界内前所未有性能的超材料成为可能。通过人工构造而非自然形成的材料结构,超材料的物理特性并不依赖于材料的分子结构或晶体结构本身,而是源自于精巧设计的几何形状和拓扑结构。近年来人们不断地探索着超材料性能的极限,其中一个方向就是使超材料可重构。可重构超材料的外表形状和内在排布是可调节的,能够以被动、主动、甚至智能的方式调整它们的物理特性,来适应甚至影响变化的外部物理环境。历史悠久的剪纸与折纸技艺,因具有强大的可重构性和广阔的设计空间,而成为了这类材料的理想构建平台之一。然而,大多数基于此类可重构超材料要求其单元具有空间周期性,导致了其难以应用于具有各种曲率的实际工程或是艺术建筑的构建,这类应用场景往往要求单元的大小和形状不再具有均一性。 为此,由朱宰亨带领的研究团队探索了三维可重构折纸材料的逆向设计框架。通过体积映射(volumetric mapping)和收缩的数学方法,研究团队提出可生成空间梯度单元来适应三维复杂曲线几何体,并对模块进行几何和拓扑重建,赋予可重构超材料给定自由度。由于适用于任意给定的曲线非周期形状,这项工作为三维可重构系统的现实应用打下基础。
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