Nieuw onderzoek bekijkt hoe de geometrie van schalen zich verhoudt tot de energie-invoer die nodig is om doorklik-instabiliteit te activeren.

In de natuur gebruiken diverse organismen zoals de kolibrie en de Flytrap van Venus snelle snapbewegingen om prooien te vangen, wat ingenieurs inspireert om ontwerpen te maken die functioneren met behulp van doorklikbare instabiliteit van schaalstructuren. Snappen maakt snel opgeslagen elastische energie vrij en vereist geen continu toegepaste stimulus om een ​​​​omgekeerde vorm in bistabiele structuren te behouden.

Een nieuw artikel gepubliceerd in EPJ E geschreven door Lucia Stein-Montalvo, Department of Civil and Environmental Engineering, Princeton University, en Douglas P. Holmes, Department of Mechanical Engineering, Boston University, samen met co-auteurs Jeong-Ho Lee, Yi Yang, Melanie Landesberg en Harold S Park, onderzoekt hoe het beperken van het actieve gebied van de schaalgrens een grote verkleining van de omvang mogelijk maakt en de energie-invoer vermindert die nodig is om doorklikgedrag in de schaal te activeren om het ontwerp van efficiënte snapstructuren te begeleiden.

In het artikel wijzen de auteurs erop dat doorklik-instabiliteit een bijzonder aantrekkelijk mechanisme is voor apparaten zoals robotactuatoren of mechanische spieren, optische apparaten en zelfs dynamische gevels van gebouwen. Al deze zijn gebaseerd op een combinatie van geometrische bistabiliteit en snap-inducerende stimulus om te functioneren, die varieert van mechanisch, zoals de torsie in het popping cap-speelgoed van een kind, of niet-mechanisch zoals temperatuur, spanning, een magnetisch veld, differentieel groei of zwelling.

De onderzoekers voerden twee reeksen experimenten uit, één met behulp van de resterende zwelling van dubbellaagse siliconenelastomeren - een proces dat differentiële groei nabootst, de andere met behulp van een magneto-elastomeer om krommingen te induceren die doorklikken veroorzaken.

Deze mechanica-geïnformeerde benadering onthulde een analogie met de door buiging gedomineerde grenslaag in omgekeerde bolkappen. Ze ontdekten dat, net als bij omgekeerde, passieve bolvormige doppen, de grootte van de grenslaag nauw verbonden is met stabiliteit. Bovendien ontdekte het team dat de locatie en grootte van het opgelegde buiggebied bepalen of het concurreert met of samenwerkt met de geometrische grenslaag, waar de schaal "wil" buigen.

De resultaten van het team onthullen dus de onderliggende mechanica van snap-through in bolvormige schalen, en bieden een intuïtieve route naar een optimaal ontwerp voor efficiënte snap-through. + Verder verkennen

Techniek versnelt thermische activering voor zachte robotica