创新背景

多年来，研究人员一直试图创造可以根据需要呈现不同稳定形状的结构。众所周知，创建这些多稳定结构的目标是构建可以根据需要在形状之间一次又一次地切换的三维对象。这将为实现适应性强的元素或大型物体铺平道路，这些元素或大型物体可以在运输过程中改变形状并占用更少的空间。

但经过了很长时间也没有突破，因为以前的解决方案要么生产起来非常复杂，只能重塑一次，要么需要持续的能量供应来维持它们的新形状。

创新过程

研究人员提出了一种克服困难的新方法：将扁平的复合框架粘贴到预先拉伸的柔软聚氨酯热塑性薄膜上。

将以这种方式制作的结构握在手中，可以将其从原始的平坦状态弯曲成无需任何进一步帮助即可保留的形状。再次更改其形状后，结构将再次单独保持此新形状，还可以通过同样简单的操作恢复原始形状。

基本元件是通过将碳纤维框架粘贴到预拉伸的聚氨酯薄膜上制成的，每个单独的正方形可以呈现多个稳定的形状。

研究人员发现，使用由碳纤维制成的复合材料能够产生一种实际上可以呈现多种稳定状态的结构。碳纤维具有高度的各向异性，这意味着它们在不同的轴上具有非常不同的性能。它们将根据弯曲它们的方向显示不同程度的刚度。正是这种各向异性是创建多稳定形状的基础。与碳纤维不同，钢是各向同性的，这就是为什么它不适合创造多稳定性形状的原因。

研究人员的下一步是配备一个由16个正方形组成的周期性结构，并配备所谓的气动执行器。它们的工作方式类似于"单侧"气球，当空气进入时，仅在一侧膨胀。迫使空气进入选定的致动器会使结构弯曲以创建所需的形状。通过一系列实验，Risso能够证明这可以重现毛毛虫起伏的运动。

创新关键点

新结构的基本组成部分是一个方形元素，可以根据需要使用其他方形元素进行增强。由于每个单独的正方形都可以呈现出各种稳定状态，因此将它们组合在一起会产生大量可能的形状。

创新价值

这种结构有很多用途，例如用于制造可重新配置的建筑立面和机器人。新方法还可用于建造天线或太阳能电池板，这些天线或太阳能电池板可以在到达太空后展开和配置。如果能够将这些元素的尺寸减小到毫米范围内，它们可能对医疗应用产生帮助。

Innovative development of "new structural materials" that are stable in all shapes

Researchers have come up with a new way to overcome this difficulty: sticking flat composite frames onto a soft, pre-stretched polyurethane thermoplastic film.

Holding a structure made in this way in your hand can bend it from its original flat state into a shape that can be retained without any further help. After changing its shape again, the structure will again retain the new shape alone, and the original shape can be restored with the same simple operation.

The researchers found that using composites made from carbon fiber was able to produce a structure that could actually exhibit a variety of stable states. Carbon fibers are highly anisotropic, which means they have very different properties on different axes. They will show varying degrees of stiffness depending on the direction in which they are bent. It is this anisotropy that is the basis for creating multistable shapes. Unlike carbon fiber, steel is isotropic, which is why it is not suitable for creating multistable shapes.

The next step for the researchers is to equip a periodic structure of 16 squares with so-called pneumatic actuators. They work like a "one-sided" balloon, expanding only on one side as air enters. Forcing air into the selected actuator bends the structure to create the desired shape. Through a series of experiments, Risso was able to show that this could reproduce the undulation movement of the caterpillar.