在编织物中工程化褶皱实现空间曲度：制备、力学与逆向设计

编织作为一种古老的手工艺，在现代科学与技术中具有广泛应用，如智能纺织品和智能软体机器人。然而，编织不规则曲面曲度尚存困难，先前的替代方案需要曲面缎带和三轴编织模式。本文提出一种简单策略，通过故意引入“褶皱”——一种传统上被视为纺织缺陷——到由直缎带组成的密集平纹编织中，以实现复杂的空间曲度。我们详细描述了制造方法，其中通过拉出最初光滑的二维（2D）和三维（3D）平纹编织的缎带来形成局部褶皱。我们表明，这些局部缺陷通过几何失调的传播导致全局曲度。随后，我们使用简化的杆与铆接模型来模拟褶皱平纹编织的力学引导变形，并研究曲度如何随系统参数（如缎带的厚度和杨氏模量）而变化。最后，我们引入一种逆向设计平台，其中使用演化算法来逆向计算平纹编织的优化褶皱图案，以逼近任意目标表面，包括能够贴合人类腿部和肘部的二维和三维编织外骨骼。将褶皱工程化于平纹编织中作为一种通用策略，可为未来设计可定制的可穿戴设备、可适应的软体机器人、可重构的建筑等提供可能。