Hydrogel muscles powering reconfigurable micro-metastructures with wide-spectrum programmability

控制重构 超材料 光子学 计算机科学 材料科学 自愈水凝胶 各向同性 3D打印 各向异性 光电子学 光学 嵌入式系统 物理 高分子化学 复合材料
作者
Mingchao Zhang,Aniket Pal,Zhiqiang Zheng,Gaurav Gardi,Erdost Yıldız,Metin Sitti
出处
期刊:Nature Materials [Springer Nature]
卷期号:22 (10): 1243-1252 被引量:78
标识
DOI:10.1038/s41563-023-01649-3
摘要

Stimuli-responsive geometric transformations endow metamaterials with dynamic properties and functionalities. However, using existing transformation mechanisms to program a single geometry to transform into diverse final configurations remains challenging, imposing crucial design restrictions on achieving versatile functionalities. Here, we present a programmable strategy for wide-spectrum reconfigurable micro-metastructures using linearly responsive transparent hydrogels as artificial muscles. Actuated by the hydrogel, the transformation of micro-metastructures arises from the collaborative buckling of their building blocks. Rationally designing the three-dimensional printing parameters and geometry features of the metastructures enables their locally isotropic or anisotropic deformation, allowing controllable wide-spectrum pattern transformation with programmable chirality and optical anisotropy. This reconfiguration mechanism can be applied to various materials with a wide range of mechanical properties. Our strategy enables a thermally reconfigurable printed metalattice with pixel-by-pixel mapping of different printing powers and angles for displaying or hiding complex information, providing opportunities for encryption, miniature robotics, photonics and phononics applications.
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