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形状转移结构采取面,天线的形式

复式格子,在对刺激的反应改变打开一段范围内的电子,机器人,医药应用

A lattice in the shape of a human face

向人们展示了方法的创建与多尺度曲率的复杂表面的能力,研究人员印制了19世纪的数学家谁奠定了微分几何的基础的脸:卡尔·弗里德里希高斯。 (图像礼貌洛瑞桑德斯/哈佛海洋)

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什么将它带到平板变成了人类的脸?如何将纸张需要成长和收缩,形成眼睛是凹到面部和凸鼻子和下巴是突出?

如何编码和在形状转移结构释放复杂的曲线是在研究由LED的中心 bt365体育约翰。工程和应用科学的学校保尔森 (海洋)和 仿生工程bt365体育威斯研究所。

在过去十年中,理论和实验都存在于自然界的灵感,因为他们寻求解开物理学,建立数学框架,并制定材料和3D和4D打印技术,可在外界刺激改变形状的结构。 

然而,复杂的多尺度曲率仍然遥不可及。

现在,研究人员已创造了最复杂的形状转移结构日期 - 响应于温度的变化增大或缩小的多种材料构成的晶格。以证明他们的技术,印刷队平面晶格该形状演变成一个频移天线或开拓数学家卡尔·弗里德里希响应于温度的改变高斯的脸。 

该研究成果发表在 科学的美国国家科学院院刊。 

“既形成使能和约束功能,”说 升马哈德,应用数学的德valpine教授,bt365体育物理学和有机体和进化生物学教授。 “使用数学和计算来设计形式,和多尺度的几何形状和多材料印刷来实现它的组合,我们现在能够构建形状转移结构具有用于多种功能的潜力”。

“在一起,我们正在创建的形状移事新类,”说 詹妮弗一个。刘易斯bt365体育生物启发工程汉萨乔根·威斯教授。 “使用集成设计和制造的方法,我们可以编码驱动它们的形状变形行为这些印刷材料内复杂的‘指令集’。” 

路易斯也是韦斯研究所的芯教员。

创建复杂和双弯曲的形状 - 比如那些在脸上发现 -​​ 球队变成一个双层多材料晶格设计。 

“弯曲晶格的开放单元给它增长或收缩了很多,即使该材料本身经历有限延伸的能力,”所述助第一作者WIM米。面包车里斯,谁是博士后研究员在海洋,现在是麻省理工学院的助理教授。 
 

A flat lattice in water shape shifts into the face of 19th century mathematician Carl Friederich Gauss

通过印刷具有不同热膨胀特性的材料在预先定义的配置中,研究人员可以控制晶格,这反过来又产生了内和平面外的打印点阵的复杂弯曲的每个单独肋的生长和收缩。证明这种方法,研究人员印制了19世纪的数学家谁奠定了微分几何的基础的脸:卡尔·弗里德里希高斯。 (图像礼貌洛瑞桑德斯/哈佛海洋)
 

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实现复杂的曲线,增长和收缩在自己的格子是不够的。你必须要能够在本地直接增长。

“这就是我们已经开发的材料调色板进来,说:”学家威廉·博利,在海洋和论文的共同第一作者是前博士后研究员。 “通过印刷具有不同热膨胀特性的材料在预先定义的配置中,我们可以控制晶格,这反过来又产生了内和平面外的打印点阵的复杂弯曲的每个单独肋的生长和收缩”。博利现在是波士顿大学的助理教授。 

研究人员使用了四种不同的材料和编程的晶格的每个肋改变形状响应于温度的变化。使用这种方法,它们印刷在形状转移贴片天线,其可以改变谐振频率,因为它改变形状。 

向人们展示了方法的创建与多尺度曲率的复杂表面的能力,研究人员决定打印人脸。他们选择了19世纪的数学家谁奠定了微分几何的基础的脸:卡尔·弗里德里希高斯。研究人员开始用高斯的2D画像,绘于1840年,并使用开源人工智能算法生成一个三维表面。他们然后编程的肋在格子的不同层,以增大和缩小,映射高斯面的曲线。  

On the left, a portrait of Carl Friedrich Gauss. On the right, the shape shifted lattice of the experiment matching the curves of Gauss's face.

卡尔·弗里德里希的肖像高斯由克里斯蒂安·阿尔布雷希特·詹森在1840年,研究人员通过人工智能算法生成一个三维表面涂漆。在晶格中的不同层中的肋被编程为响应于温度变化以增大和缩小,映射高斯面的曲线。 (图像礼貌洛瑞桑德斯/哈佛海洋)
 

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该逆设计方法和多材料4d中的印刷方法可被扩展到其它刺激响应材料和被用来创建可伸缩的,可逆的,形状转移以前所未有的复杂结构。

“应用领域包括,软电子,智能织物,组织工程,机器人技术和超越,”说博利。

“这项工作是由冒充和解决使用多种材料4D印刷技术相结合的几何反问题的最新进展启用。展望未来,我们的希望是,无论塑造这种多学科的方法将被广泛采用,说:”马哈德。

查尔斯lissandrello,标志霍伦斯坦,瑞安truby,和阿尔达kotikian这项研究是共同撰写。它是由美国国家科学基金会和德雷珀实验室的支持。 
 

主题: 应用数学, 物料

科学家型材

升马哈德

应用数学有机体和进化生物学的萝拉英格兰德valpine教授,物理学

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