揭示 Resch 图案折纸的动态分岔以用于自适应抗冲击结构
材料科学
2026-01-01 v2 适应与自组织系统
摘要
抗冲击领域的一个长期挑战是开发能够涵盖广泛场景的多功能且多样化的防护结构，例如从低速行人碰撞到高速车辆碰撞。然而，现有的大多数抗冲击策略依赖于固定几何形状或针对特定冲击速度预调的材料属性，缺乏实时适应的能力。在此，我们从折纸中汲取灵感，设计表现出多模态和自适应行为的抗冲击结构。我们引入了一种 Resch 图案折纸结构，它具有两种独特的变形模式：单稳态折叠模式和以突弹为特征的双稳态展开模式。冲击实验揭示了一种依赖于速度的动态分岔，其中结构根据施加的冲击速度在折叠和展开之间自主切换。这种动态分岔在本质上不同于运动学或静态折纸分岔，能够实时选择变形路径，从而在广泛的冲击条件下增强能量耗散。我们通过以类似保险杠的配置制造镶嵌结构，并使用基于摆的假人冲击测试评估其性能，进一步证明了该机制的可扩展性和实际相关性。总之，这些结果确立了基于折纸结构中的动态分岔作为一种自适应抗冲击策略。这种方法实现了可扩展且可编程的防护系统，该系统能够实时自主选择变形模式，在自适应机器人、智能防护装甲和航空航天阻尼技术中具有广泛的相关性。
引用
@article{arxiv.2404.14737,
title = {Unveiling dynamic bifurcation of Resch-patterned origami for self-adaptive impact mitigation structure},
author = {Yasuhiro Miyazawa and Dahun Lee and Seonghyun Kim and Chia-Yung Chang and Qixun Li and Ryan Tenu Ahn and Minho Cha and Koshiro Yamaguchi and Yuyang Song and Shinnosuke Shimokawa and Umesh Gandhi and Jinkyu Yang},
journal= {arXiv preprint arXiv:2404.14737},
year = {2026}
}