通过施加局部曲率激励实现球冠的高效突跳

在双稳态执行器及其他工程装置中，常对整体壳施加均匀激励（如机械、化学、热或磁激励）以引发突跳失稳。本文中，我们证明将活性区域限制在壳边界可大幅减小其尺寸，从而降低驱动壳所需的能量输入。为此，我们将理论与具有非均匀分布激励响应材料的球冠一维有限元仿真相结合。我们依赖于有效曲率激励，即由非机械激励诱导的自然曲率，这确保了我们的结果完全与激励无关。为验证数值结果并证明此普适性，我们还进行了两组实验，其中采用双层硅弹性体的残余溶胀——一种模拟差异生长的过程——以及磁弹性体来诱导导致突跳的曲率。我们的结果阐明了潜在力学机制，为高效突跳的优化设计提供了直观途径。