普通的动物和流行人物形状的推木偶玩具可以通过按玩具底座底部的按钮来移动或折叠。现在，加州大学洛杉矶分校的一个工程师团队创造了一种新型的可调动态材料，它模仿了推偶的内部工作原理，可应用于软机器人、可重构架构和空间工程。

在推木偶的内部，有一些连接线，当被拉的时候，会使玩具站起来。但是松开这些绳子，玩具的“四肢”就会变得软弱无力。利用与控制木偶相同的基于绳张力的原理，研究人员开发了一种新型的超材料，这种材料经过设计，具有具有先进功能的特性。

加州大学洛杉矶分校的研究发表在《材料视野》杂志上，展示了这种新的轻质超材料，它配备了电机驱动或自致动的绳索，这些绳索穿过互锁的锥形头珠。当激活时，绳索被拉紧，导致珠粒嵌套链卡住并拉直成一条线，使材料在保持其整体结构的同时变得坚硬。

这项研究还揭示了这种材料的多用途特性，这种特性最终可能会被应用到软机器人或其他可重构结构中。

索的张力水平可以“调节”最终结构的刚度——完全绷紧的状态提供了最强和最硬的水平，但索张力的增量变化允许结构在提供强度的同时弯曲。关键是嵌套锥体的精确几何形状和它们之间的摩擦。

使用这种设计的结构可以一次又一次地坍塌和变硬，这使得它们对于需要反复运动的持久设计非常有用。这种材料在未展开的松软状态下也更容易运输和储存。

部署后，材料表现出明显的可调性，刚度增加35倍以上，阻尼能力提高50%。

这种超材料可以设计成自我驱动，通过人造肌腱在没有人类控制的情况下触发形状

通讯作者、加州大学洛杉矶分校萨穆利工程学院博士后学者闫文忠说:“我们的超材料具有新的功能，在机器人技术、可重构结构和空间工程中显示出巨大的潜力。”“例如，用这种材料制造的可自我展开的软体机器人，可以调整四肢的刚度，以适应不同的地形，以获得最佳运动，同时保持其身体结构。这种坚固的超材料还可以帮助机器人举起、推或拉物体。”

“收缩绳超材料的一般概念为如何将机械智能构建到机器人和其他设备中开辟了有趣的可能性，”闫文忠说。

通过UCLA Samueli YouTube频道，可以看到一段12秒的超材料视频。

论文的资深作者是Ankur Mehta，加州大学洛杉矶分校电子和计算机工程副教授，嵌入式机器和无处不在的机器人实验室主任，Yan是该实验室的成员，Jonathan Hopkins是机械和航空航天工程教授，领导加州大学洛杉矶分校的柔性研究小组。

根据研究人员的说法，这种材料的潜在应用还包括带有外壳的自组装庇护所，外壳包裹着可折叠的脚手架。它还可以作为一种紧凑型减震器，具有可编程的阻尼能力，用于在恶劣环境中行驶的车辆。

梅塔说:“展望未来，通过改变珠子的大小和形状，以及它们的连接方式，在定制和定制能力方面有广阔的探索空间。”梅塔还在加州大学洛杉矶分校的机械和航空航天工程学院任职。

虽然之前的研究已经探索了收缩索，但本文深入研究了这种系统的机械性能，包括头对准的理想形状、自组装和调整以保持其整体框架的能力。

该论文的其他作者是加州大学洛杉矶分校机械工程研究生Talmage Jones和Ryan Lee，他们都是霍普金斯实验室的成员，以及乔治亚理工学院的研究生Christopher Jawetz，他是加州大学洛杉矶分校航空航天工程本科学生时作为霍普金斯实验室的成员参与了这项研究。

作者：加州大学洛杉矶分校

链接：https://www.sciencedaily.com/releases/2024/08/240812165449.htm

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