A mechanically robust and facile shape morphing using tensile-induced buckling

变形 夹持器 软机器人 条状物 屈曲 计算机科学 材料科学 稳健性(进化) 刚度 搭扣 结构工程 机械工程 纳米技术 人工智能 执行机构 复合材料 工程类 化学 基因 生物化学
作者
Siqi An,Yajun Cao,Hanqing Jiang
出处
期刊:Science Advances [American Association for the Advancement of Science]
卷期号:10 (21): eado8431-eado8431 被引量:20
标识
DOI:10.1126/sciadv.ado8431
摘要

Inspired by the adaptive mechanisms observed in biological organisms, shape-morphing soft structures have emerged as promising platforms for many applications. In this study, we present a shape-morphing strategy to overcome existing limitations of the intricate fabrication process and the lack of mechanical robustness against mechanical perturbations. Our method uses tensile-induced buckling, achieved by attaching restraining strips to a stretchable substrate. When the substrate is stretched, the stiffness mismatch between the restraining strips and the substrate, and the Poisson’s effect on the substrate cause the restraining strips to buckle, thereby transforming initially flat shapes into intricate three-dimensional (3D) configurations. Guided by an inverse design method, we demonstrate the capability to achieve complicated and diverse 3D shapes. Leveraging shape morphing, we further develop soft grippers exhibiting outstanding universality, high grasping efficiencies, and exceptional durability. Our proposed shape-morphing strategy is scalable and material-independent, holding notable potential for applications in soft robotics, haptics, and biomedical devices.
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