用于超声全息透镜与触觉交互的高精度流体 Kirigami 超表面
应用物理
2025-03-13 v1
摘要
可变形表面为提升高性能飞行器、软体机器人、生物医学设备和人机界面的功能提供了多功能工具。然而，由于非线性、设计约束以及在连续表面上协调多种组成材料的困难，实现精确的形状变换和力学性质控制仍然具有挑战性。为此，本研究揭示了 Kirigami 艺术可以启发新的解决方案。更具体地说，可以利用 Kirigami 的几何原理来设计和制造流体超表面，仅通过单一压力输入即可实现高精度的形状变形和输出力控制。本研究提出了一种系统的 Kirigami 设计方法，通过对两种典型图案（同心方形和圆形切口）进行广泛非线性建模和实验验证，来调节局部变形和力输出。通过两个多物理场案例研究展示了该方法的潜力：（1）用于超声波束偏转的声学全息透镜，在单一全局压力输入下实现了高精度的变形控制；（2）具有小体积、恒定接触面积和高分辨率输出力的触觉设备。流体 Kirigami 概念允许简单而有效地适应不同的形状和刚度要求，为一系列新型可扩展和可编程变形表面铺平了道路。
引用
@article{arxiv.2503.08912,
title = {High-Precision Fluidic Kirigami Metasurface for Ultrasonic Holographic Lensing and Haptic Interfacing},
author = {Ardalan Kahak and Moustafa Sayed Ahmed and Nahid Kalantaryardebily and Hrishikesh Kulkarni and Netta Gurari and Shima Shahab and Suyi Li},
journal= {arXiv preprint arXiv:2503.08912},
year = {2025}
}