基于弹性折纸与分布式形状记忆聚合物驱动器的太阳能板自主展开
应用物理
2019-07-03 v1 软凝聚态物质
摘要
空间太阳能板等可展开机械系统依赖于被动模块的复杂收拢，以及由电机驱动器网络实现的精密展开。因此，收拢质量与体积中相当大一部分被这些支撑系统占据。利用材料自身特性实现自主展开的太阳能板阵列仍属空白。本工作中，我们开发了一种自主自展开太阳能板阵列，其被编程为响应周边温度变化而激活。我们研究了一种嵌入剪刀机构圆环中的弹性“flasher”折纸薄片，二者均以形状记忆聚合物打印。剪刀机构经过优化，在提供展开所需力的同时实现最大展开比。折纸薄片亦经过优化，以在空间限制下承载最多数量的太阳能板。我们通过数值与实验展示了“flasher”折纸的折叠存在分岔行为，可形成锥状或盘状。为此设计了折叠策略以避免不期望的锥状。最终设计完全由 3D 打印制成，在 40 秒内实现 1000% 的展开比，且在收拢与展开构型下均与模拟预测高度吻合。
引用
@article{arxiv.1810.08978,
title = {Autonomous Deployment of a Solar Panel Using an Elastic Origami and Distributed Shape Memory Polymer Actuators},
author = {Tian Chen and Osama R. Bilal and Robert Lang and Chiara Daraio and Kristina Shea},
journal= {arXiv preprint arXiv:1810.08978},
year = {2019}
}
备注
12 pages, 12 figures