令人满足的超材料在皮肤中存储能量

当您在饮水机盖上按压凹坑时，它们变成凸面或凹面。具有两个稳定状态的材料或结构演示了一个称为双稳态的概念。普渡大学的一个团队已经证明，这些圆顶的图案化薄片将形成一个蓄能的皮肤：足够坚固以执行机械任务，甚至可以像机械计算机一样进行编程以存储和处理数据。

普渡大学机械工程学助理教授安德烈斯·阿列塔(Andres Arrieta)说：“双稳性是自然界中发现的重要概念。“例如，假发具有双稳态，可折叠的机翼，只需很少的能量就可以卡扣到打开状态。我们正在努力使可编程结构受到这种双稳性的启发。”

Arrieta的团队从一个简单的结构开始：一个扁平的1英寸正方形薄板，带有一个弹出式圆顶，并由热塑性聚氨酯进行3-D打印。通过用手指按压，圆顶将突然变成凸形或凹形。当他们打印这些圆顶的3×3网格时，他们开始见证新的行为。

阿里埃塔说：“当你颠倒两个彼此接近的圆顶时，它们开始相互作用。” “当您开始在图纸上制作这些穹顶的图案时，图纸本身就会开始整体弯曲。根据翻转的穹顶，您会得到不同的形状。”

他们开始尝试使用更大的网格，按更复杂的图案。通过致动某些圆顶(将其压入或压出)，片材将变成圆柱体，星形或鞍形。阿里埃塔说：“这些单个的双稳态圆顶正在结合形成一种新的超材料，它本身具有多个稳定状态。” “我们称其为分层多稳定性。”

您可以使用分层多稳定性来做什么?作为演示，Arrieta的团队使用两行圆顶构造了一个简单的机器人抓手。当圆顶呈凹形时，抓臂保持打开状态。但是，通过施加少量气压以使球型罩变得凸起，抓手臂就会闭合得足够紧，以抓住并保持一小块重量。

阿里埃塔说：“掌握一些东西很容易，但是要保持这种把握就需要不断消耗精力。” “对于人类和机器来说都是如此。但是，这种抓爪的有趣之处在于，当我们翻转使抓爪闭合的圆顶时，我们实际上是将能量存储在皮肤中。抓爪臂正在利用这种能量来保持抓握力，而不是需要一些外部能源。实质上，我们将结构本身用作机械电池。”