阻抗引导的模块化软超材料中局部变形的可编程传输

软超材料为机器人、生物医学设备和柔性电子提供了有前景的平台。由非均匀激励引起的局部机械响应在软材料中普遍存在，然而它们在组件间的受控传输在超材料设计中很大程度上被忽视，这严重限制了具有端到端和长距离变形传输的非平凡功能。在这里，我们介绍了一种阻抗引导的设计框架，能够在模块化软超材料中实现局部变形的可编程传输，实现直观设计无法达到的行为。通过建立考虑位置相关相互作用的非线性模型，并在超材料中整合机械阻抗的概念，我们仅通过单元拓扑优化来调节组件级别的传输。由此产生的框架能够有效合成模块系列，允许定制构建具有显著增强传输特性的同质和异质组件。利用高度组合和可扩展的设计空间，我们物理实现了多种按需位移操纵架构，包括绕过障碍物的模块化软超材料组件、容错软抓取和具身信号处理。除了变形编程，这些软模块的可重构性和可重组性可以嵌入电逻辑信号，通过柔顺开关控制的机械LED显示器和可穿戴手指运动传感控制器，实现节能和低延迟的信息处理。我们的方法为模块化软超材料中的局部变形传输提供了基本见解，并为具身智能材料系统建立了一条可扩展的路径，特别是对于以软超材料为中心的驱动、传感和集体计算。