Вдъхновена от фенерче структура бързо преминава между различни форми (видео)

Изследователите са се вдъхновили от хартиените фенерчета, за да създадат структура, която може да се трансформира в повече от дузина 3D форми.

Полимерът може да се превключва в различни форми дистанционно чрез магнитно поле, като изследователският екип е оптимистично настроен, че тази функция ще бъде полезна в множество приложения.

Екипът създава този обект, наподобяващ фенерче, от полимерен лист с форма на успоредник и изрязани серия успоредни линии през средата, оставяйки плътна лента от материал в горната и долната част на листа.

След това изследователите свързват десния и левия ръб отгоре и отдолу заедно, което образува структура, подобна на хартиен фенер.

"Тази основна форма сама по себе си има две стабилни състояния", разказва старшият автор на изследването, Дзие Ин (Jie Yin), професор по машинно и аерокосмическо инженерство в Държавния университет на Северна Каролина в САЩ.

"Разбира се, тя е стабилна във формата си на фенерче. Но ако компресирате структурата, натискайки я надолу, тя бавно ще започне да се деформира, докато достигне критична точка, в която момент трансформира във втората стабилна форма, наподобяваща пумпал."

Кредит:  Hong, Y., Zhou, C., Qing, H. et al. Nat. Mater. (2025). https://doi.org/10.1038/s41563-025-02370-z

Докато екипът допълнително експериментирал със структурата на фенера, те открива, че има още начини, по които могат да го манипулират, за да създадат допълнителни форми.

"Открихме, че можем да създадем много допълнителни форми, като приложим усукване към формата, като сгънем плътните ленти в горната или долната част на фенера навътре или навън, или всякаква комбинация от тези неща", обяснява първият автор Яойе Хун (Yaoye Hong), постдокторант в Университета на Пенсилвания, САЩ.

"Всяка от тези вариации е и мултистабилна. Някои могат да превключват между 2 стабилни състояния. Едната има 4 стабилни състояния, в зависимост от това дали компресирате, усуквате или компресирате и усуквате структурата едновременно."

Изследователи са създали полимерен фенер, който може да приема повече от дузина извити, триизмерни форми чрез компресиране или усукване на оригиналната структура. Кредит: Yaoye Hong, NC State University

Изследователите са добавили тънък магнитен филм към лентата от твърд полимер в долната част и след това използвали магнитно поле, за да усукват и компресират структурата дистанционно.

"Във формата на въртящ се връх, структурата съхранява цялата енергия, която е използвана за компресирането ѝ. Така че, след като започнете да дърпате структурата нагоре, ще достигнете точка, в която цялата тази енергия се освобождава наведнъж, което ще я накара да се върне обратно във формата на фенер много бързо", отбелязва Ин.

Екипът разработва математически модел, който предсказва как различните ъгли в структурата контролират нейната форма и колко енергия се съхранява в компресираната, стабилна форма.

"Този ​​модел ни позволява да програмираме формата, която искаме да създадем, колко стабилна е тя и колко мощна може да бъде, когато съхранената потенциална енергия се превърне в кинетична енергия", казва Хун.

"И всички тези неща са от решаващо значение за създаването на форми, които могат да изпълняват желаните приложения."

Кредит: Hong, Y., Zhou, C., Qing, H. et al. Nat. Mater. (2025). https://doi.org/10.1038/s41563-025-02370-z

Едно потенциално приложение на полимера е като неинвазивен захват за улов на риба. Екипът е тествал и използването на полимера като филтър, който може да контролира потока на вода, когато фенерът се отваря и затваря.

"В бъдеще тези фенерни модули могат да бъдат сглобени в 2D и 3D архитектури за широки приложения в механичните метаматериали и роботиката, променящи формата си", посочва Ин.

Справка: Hong, Y., Zhou, C., Qing, H. et al. Reprogrammable snapping morphogenesis in ribbon-cluster meta-units using stored elastic energy. Nat. Mater. (2025). https://doi.org/10.1038/s41563-025-02370-z

Източник: Lantern-inspired structure rapidly snaps between shapes, Cosmos magazine

Още по темата

20/03/2024

Технологии

Мост се разгъва като оригами в лабораторията на Евгени Филипов в Мичиганския университет (видео)

08/03/2017

Технологии

Сглобяват оригами без докосване, само с лазери (видео)

26/11/2016

Технологии

Създадоха „оригами микроскоп“ (видео)

15/03/2016

Технологии

ДНК оригами ще създава микрочипове