Smart Materials and Structures 物理切口约束下的可重编程软体气动驱动器设计
发布时间：2025-12-24
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- 2025-12-24
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- Smart Materials and Structures 物理切口约束下的可重编程软体气动驱动器设计
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为解决可重构软体气动驱动器的设计难题，我们提出了一种受剪纸艺术启发的切口诱导设计策略。驱动器的变形能力源于内部切口的扩张，同时外部切口动态调节周围材料对扩张驱动变形的约束模式。通过内外切口的协同效应，实现了可重构软体气动驱动器的设计。基于该方法，仅需通过"切割-粘合"工艺创建或恢复外部切口，单一结构体即可实现多种变形模式。关键在于，这些多样化变形模式仅需单一气源和单材料致动器即可实现，极大简化了可重构软体气动驱动器的结构体系。
我们进一步通过实验与仿真研究，表征了伸长单元与弯曲单元的变形特性。基于有限元仿真建立涵盖切口参数、气压值及对应变形输出的数据集，通过融合反向传播神经网络与NSGA-II多目标优化算法构建逆向设计方法。选取U、V、J、C四种字母形态作为目标形状，逆向设计算法成功利用单个软体驱动器复现了这些目标形态。基于该设计策略制作的软体夹持器，通过重构实现了人类日常生活中的三种典型抓握模式。这不仅彰显了可重构设计方法的显著优势，更代表着可重构气动软体驱动器研究的重要突破。
上述工作近期发表于 Smart Materials and Structures
论文题目：Design of reprogrammable soft pneumatic actuators via physically cut-induced variable constraints
在线链接： 10.1088/1361-665X/ae326a