这项研究发表在《国际极限制造杂志》上，首先总结和分类了常见的双稳态单元，从而为双稳态评估奠定了基础——这是现有研究中尚未充分探索的一个方面。然后从能量的角度审视双稳结构的力学特性。
在多稳态机械超材料制造领域，该研究不仅介绍了传统的减法制造方法，如切割，还重点介绍了尖端的材料加工技术，包括3D/4D打印。
鉴于多稳态机械超材料的特殊性能，它们的应用潜力广泛扩展到能量吸收、软机器人和波浪控制等领域。最后，对多稳态机械超材料领域未来的研究方向和面临的挑战进行了分析。
“多稳定的机械超材料非常棒——它们可以在不同的稳定形状之间切换，使设备可重复使用。此外，它们的能量屏障便于能量吸收和储存。当它们从一种稳定状态转变到另一种稳定状态时，它们会迅速释放应变能，使它们在快速行动时变得超级高效。最好的部分是什么?它们不需要恒定的能量供应来进行稳态变形。它们还具有丰富的可变形性，可以做各种很酷的事情，”南京大学工程与应用科学学院教授、该研究的资深作者陆明辉(音译)说。
“这些特性使得多稳态机械超材料在许多领域有广泛的应用前景，如软执行器/机器人、机械存储/逻辑操作、能量吸收、波动控制等，”卢补充说。
“我们可以在自然界和我们的日常生活中到处找到双稳态结构。金星捕蝇草的叶子会从“打开”到“关闭”，或者蜂鸟的嘴会在几毫秒内合上，抓住美味的昆虫。就连开关、瓶盖、笔帽、塑料扣、扎线带、弹跳的玩具球、卷尺和发夹等日常用品也采用了双稳设计，”南京理工大学机械工程学院教授李昕说。
李说:“我们将这些常见的双稳结构分为三类，这填补了以前研究中的空白。它们是:梁、桁架和柔性机构;曲面和薄壳结构;以及其他结构，如kirigami和snap-fit结构。”
多稳态机械超材料的制备是其工程应用的先决条件，而这些超材料的制备方法众多。
然后，李解释说:“除了传统的减法制造，比如切割(用机器或激光)和模具铸造，还有一种叫做3D/4D打印的新技术，它正在疯狂地发展。在过去的几年里，这项技术取得了长足的进步，使得制造那些复杂的多稳态机械超材料变得超级容易。特别是在精确打印它们或制作不同尺寸时，3D/4D打印得到了一些严重的好处。”
对于多稳态机械超材料的未来发展，陆说:“人工智能是目前的热门话题，尤其是在设计、建模和优化方面。因此，如果我们将优秀的传统设计和模拟方法与人工智能相结合，我们可以使设计这些超材料变得轻而易举。这一切都是为了简化流程，关注关键参数，提高设计效率。”
“我对多稳态机械超材料的未来感到非常兴奋，因为有一些很酷的新制造技术。以微纳米3D打印为例。像PμSL和TPP这样的东西改变了游戏规则，让我们创造了这些微小的多稳定结构。”
“此外，当我们使用一流的材料和先进的3D打印和后期处理技术时，我们不仅让它们看起来很好，我们也让它们变得坚固——强度等等。”它为在航空航天、医药、电子和机器人等各种领域使用这些多稳态机械超材料打开了大门。我们甚至可以使用软驱动材料和4D打印魔法来制作这些超材料。这意味着我们可以用各种各样的东西来控制它们，比如电、光、温度、pH值、溶剂、湿度和磁场。”
多稳态机械超材料的应用也面临着许多机遇和挑战。“在能量吸收方面，与通常的材料相比，它们在吸收能量方面并不擅长。”
“但是有一个解决办法!”我们可以调整设计，使用高能量密度的材料，将它们与常规的吸能材料混合，甚至创建多级吸能装置来增强效果。我们可以通过加入一些对外界信号有反应的材料，使这些结构根据指令弯曲和弯曲。这种超快速变化的形状使它们非常适合为软机器人和执行器提供动力。”
“这些双稳态结构可以将数据存储为二进制状态，而不需要功率。这意味着它们可以应对一些非常恶劣的环境，比如高辐射、高温或高压。当你把它们和机械计算结合起来，你就得到了可以自己思考和适应的机器。如果你看到这些机械大脑随着微型3D打印技术的兴起而缩小到微纳米水平，也不要感到惊讶。”
近十年来，科学家们对多稳态机械超材料的研究表现出极大的热情，并取得了显著的成果。该团队认为，多稳态机械超材料理论和制造技术的不断完善将极大地促进其在更多工程领域的应用。
更多信息:徐睿等，多稳态机械超材料的设计、制造与应用，国际极限制造学报(2023)。引文:解锁创新:多稳态机械超材料在设计、制造和应用中的演变(2023,10月10日)检索自https://techxploretgd/news/2023-10-multistable-mechanical-metamaterials-evolution-applications.html。除为私人学习或研究目的而进行的任何公平交易外，未经书面许可，不得转载任何部分。内容仅供参考之用。
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