Energy-efficient dynamic 3D metasurfaces via spatiotemporal jamming interleaved assemblies for tactile interfaces

变形 干扰 计算机科学 过程(计算) 能量(信号处理) 刚度 模拟 人工智能 材料科学 物理 量子力学 热力学 操作系统 复合材料
作者
Siqi An,Xiaowen Li,Zengrong Guo,Yizhong Huang,Yanlin Zhang,Hanqing Jiang
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:15 (1) 被引量:3
标识
DOI:10.1038/s41467-024-51865-x
摘要

Inspired by the natural shape-morphing abilities of biological organisms, we introduce a strategy for creating energy-efficient dynamic 3D metasurfaces through spatiotemporal jamming of interleaved assemblies. Our approach, diverging from traditional shape-morphing techniques reliant on continuous energy inputs, utilizes strategically jammed, paper-based interleaved assemblies. By rapidly altering their stiffness at various spatial points and temporal phases during the relaxation of the soft substrate through jamming, we enable the formation of refreshable, intricate 3D shapes with a desirable load-bearing capability. This process, which does not require ongoing energy consumption, ensures energy-efficient and lasting shape displays. Our theoretical model, linking buckling deformation to residual pre-strain, underpins the inverse design process for an array of interleaved assemblies, facilitating the creation of diverse 3D configurations. This metasurface holds notable potential for tactile displays, particularly for the visually impaired, heralding possibilities in visual impaired education, haptic feedback, and virtual/augmented reality applications. This paper introduces a load-bearing 3D dynamic metasurface that alters the stiffness of interleaved assemblies at various spatial points and temporal phases through jamming. This approach does not require continuous energy input and was demonstrated as a tactile display for the visually impaired.
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