Последовательные самосворачивающиеся структуры из 3D-печатных цифровых полимеров с эффектом памяти формы

Складчатость повсеместна в природе: примеры варьируются от формирования клеточных компонентов до крылатых насекомых. Она находит технологические приложения, включая упаковку солнечных элементов и космических конструкций, разворачиваемые биомедицинские устройства, самособирающихся роботов и подушки безопасности. В работе демонстрируются последовательные самосворачивающиеся структуры, реализованные термической активацией пространственно переменных шаблонов, 3D-печатных из цифровых полимеров с эффектом памяти формы — цифровых материалов с различными характеристиками памяти формы. Временная зависимость поведения каждого полимера обеспечивает временное последовательное включение при воздействии на структуру однородной температуры. Это показано на ряде 3D-печатных структур, которые быстро реагируют на тепловой стимул и самосворачиваются в заданные формы в контролируемых последовательностях изменения формы. Измерения пространственной и временной природы самосворачивающихся структур хорошо согласуются с сопровoждающими численными моделями на основе метода конечных элементов. Также разработана упрощённая модель пониженного порядка для быстрого и точного описания физики самосворачивания. Важным аспектом самосворачивания является управление самоколлизиями, когда различные участки сворачивающейся структуры контактируют и затем блокируют дальнейшее сворачивание. Разработана метрика для предсказания коллизий, которая используется вместе с моделью пониженного порядка для проектирования самосворачивающихся структур, фиксирующихся в устойчивых желаемых конфигурациях.