一个4D打印反向设计策略,用于微型机器与定制的形状变形

科学领域:

• 材料科学 材料科学 材料科学
• 机器人技术 机器人技术 机器人技术
• 微型工程是微型工程.

背景情况:

• 带有智能材料的活性异构结构在响应刺激时提供可编程的变形.
• 采用双光子聚合的4D打印允许微尺度材料的定义,但挑战定制的微机设计.
• 在微型机器中实现精确的形状变形需要先进的设计策略.

研究的目的:

• 提出一个反向设计策略,以指导仿生微机的结构设计.
• 根据蒂莫申科模型开发一个反向设计算法,用于微尺度形状变形.
• 证明拟议方法在创建功能性生物微机器人的能力.

主要方法:

• 开发了一个反向设计策略,利用多种材料逐步4D打印.
• 创建了一个反向设计算法,其灵感来自基于蒂莫申科模型的断片恒定曲率模型.
• 该算法将二维特征与恒定曲率模型相近,并确定用于打印的材料分布.

主要成果:

• 三个仿生中国"龙" (龙) 被设计并成功地变形为定制的形状.
• 使用开发的方法制造了一种能够模仿虫步行的微爬虫.
• 该策略通过生物软微机器人的形状设计,有效地实现了预先确定的功能.

结论:

• 拟议的反向设计策略和算法对于设计生物软微机器人是有效的.
• 这种方法可以在微观尺度上精确控制形状变形和功能.
• 这种方法有助于创建具有复杂行为的定制微机器.