Forholdet mellem aktive områder og grænser med energiinput i snappende skaller

Ny forskning ser på, hvordan geometrien af ​​skaller relaterer sig til den energitilførsel, der kræves for at aktivere snap-through-ustabilitet.

I naturen bruger forskellige organismer som kolibrien og Venus-fluefælden hurtige snap-bevægelser til at fange bytte, hvilket inspirerer ingeniører til at skabe designs, der fungerer ved hjælp af snap-through-ustabilitet af skalstrukturer. Snapping frigiver hurtigt lagret elastisk energi og kræver ikke en kontinuerlig påført stimulus for at opretholde en omvendt form i bistabile strukturer.

Et nyt papir udgivet i EPJ E forfattet af Lucia Stein-Montalvo, Department of Civil and Environmental Engineering, Princeton University, og Douglas P. Holmes, Department of Mechanical Engineering, Boston University, sammen med medforfatterne Jeong-Ho Lee, Yi Yang, Melanie Landesberg og Harold S Park, undersøger, hvordan begrænsning af det aktive område af skalgrænsen giver mulighed for en stor reduktion i dens størrelse og reducerer den energitilførsel, der kræves for at aktivere snap-through-adfærd i skallen for at guide designet af effektive snap-strukturer.

I papiret påpeger forfatterne snap-through-ustabilitet er en særlig attraktiv mekanisme for enheder som robotaktuatorer eller mekaniske muskler, optiske enheder og endda dynamiske bygningsfacader. Alle disse er afhængige af en kombination af geometrisk bi-stabilitet og snap-inducerende stimulus til at fungere, der spænder fra det mekaniske, som drejningsmomentet i et barns springende hoppehættelegetøj, eller ikke-mekanisk, såsom temperatur, spænding, et magnetfelt, differential vækst eller hævelse.

Forskerne udførte to sæt eksperimenter, det ene ved at bruge den resterende hævelse af tolags silikone-elastomerer - en proces, der efterligner differentiel vækst, den anden ved at bruge en magneto-elastomer til at inducere krumninger, der forårsager snap-through.

Denne mekanik-informerede tilgang afslørede en analogi til det bøjningsdominerede grænselag i omvendte sfæriske hætter. De fandt ud af, at ligesom med omvendte, passive sfæriske hætter, er størrelsen af ​​grænselaget tæt knyttet til stabilitet. Derudover opdagede holdet, at placeringen og størrelsen af ​​det pålagte bøjningsområde bestemmer, om det konkurrerer mod eller samarbejder med det geometriske grænselag, hvor skallen "ønsker" at bøje.

Således afslører holdets resultater den underliggende mekanik ved snap-through i sfæriske skaller, hvilket tilbyder en intuitiv vej til optimalt design for effektiv snap-through. + Udforsk yderligere

Teknik fremskynder termisk aktivering for blød robotteknologi