Инженеры из Университета штата Северная Каролина создали полимерную структуру, напоминающую «китайский фонарик», которая способна быстро изменять свою форму и принимать различные стабильные 3D-конфигурации. Благодаря добавлению тонкого магнитного слоя, этим устройством можно управлять дистанционно, что открывает новые перспективы в области мягкой робототехники и создания адаптивных механических систем.
В основе разработки лежит плоский полимерный лист с параллельными прорезями. Когда его края соединяются, он трансформируется в объемную структуру. Эта конструкция является бистабильной, то есть может устойчиво находиться в двух формах. Как сообщает Asianet Newsable, при сжатии «фонарик» накапливает упругую энергию и переходит во вторую форму, похожую на волчок, а при возвращении в исходное состояние мгновенно высвобождает эту энергию. Путем скручивания и складывания исследователи смогли получить более десятка различных устойчивых форм.
Возможности дистанционного управления позволяют использовать «фонарики» в качестве деликатных захватов, фильтров для управления потоками или расширяющихся механизмов. В ходе одной из демонстраций устройство показало, как оно может открываться и закрываться под водой для контроля потока жидкости. В другом эксперименте компактная форма мгновенно расширялась при активации, демонстрируя потенциал для развертываемых конструкций.
Для точного программирования поведения структуры команда разработала математическую модель. Она связывает геометрию каждого элемента с итоговой формой и количеством накопленной упругой энергии. Это позволяет инженерам проектировать конфигурации с заданной стабильностью и контролировать количество кинетической энергии, высвобождаемой при переключении форм, что является ключевым для создания практических приложений.
По словам исследователей, отдельные «фонарики» можно объединять в более крупные двух- и трехмерные архитектуры. Это открывает путь к созданию изменяющих форму механических метаматериалов и адаптивных роботизированных систем, где требуются энергоэффективные и управляемые трансформации. Исследование, опубликованное в журнале Nature Materials, закладывает основу для совершенно нового поколения адаптивных машин.