角拓扑将编织篮子转化为刚性且有弹性的变形材料

编织篮子是一种用于创建实用三维 (3D) 结构的传统手工艺术。虽然篮子的几何与美学受到广泛关注，但其内在力学及现代工程潜力仍未得到充分探索。本 work 表明，3D 编织结构在刚性上与非编织连续结构相当，但韧性显著更高。我们探讨了作为构建模块的角拓扑，将 2D 编织薄片转化为可承受压缩载荷的 3D 变形材料。小变形下，编织角部 exhibits 与连续结构相同的轴向刚性，因为编织丝带受平面载荷影响。大变形下，编织角部可在弹性局部屈曲下反复压缩而不产生塑性损伤，因为丝带可发生弹性变形。我们提出了一个模块化平台，用于将编织角部组装成复杂的空间变形材料，并演示了包括抗损伤机器人系统和可调节变形模式的变形表面的应用。我们的结果解释了编织篮子历史上的吸引力——即利用可得的丝带制成具有相当刚性但远超连续系统韧性的 3D 结构。模块化编织变形材料的组装方式可进一步革新下一代汽车部件、消费产品、柔性机器人等需要刚性与韧性兼备的设计。