基于双稳态与形状记忆聚合物的自主可编程致动器及形状可重构结构

结构的自主展开与形状重构是空间探索中的关键研究领域，并在汽车、建筑与生物医学工业中涌现出应用。实现自主性的挑战包括：笨重的能量源、不精确的展开、部件卡滞以及缺乏结构完整性。借助形状记忆聚合物、双稳态与 3D 多材料打印领域的进展，我们提出一种 3D 打印的可编程致动器，其能够通过周围温度变化激活结构的自主展开与形状重构。以形状记忆聚合物作为温度可控能量源，以双稳态机构作为线性致动器与力放大器，该结构实现了精确的几何激活与可量化的承载能力。所提出的单元致动器集成了这两个组件，并设计为可组装成更大的可展开与形状可重构结构。首先，我们证明通过对每种形状记忆聚合物定制不同的激活时间，可实现单元致动器激活的时序控制。接着，通过改变致动器构型，我们展示了一个初始平面转变为金字塔或双曲抛物面的过程，从而演示了一种多状态结构。在激活期间与工作状态下的承载能力均得到演示。