EFRI-ODISSEI: Mechanical Meta-Materials from Self-Folding Polymer Sheets

EFRI-ODISSEI:自折叠聚合物片材的机械超材料

基本信息

  • 批准号:
    1240441
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 200万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2012
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2012-08-01 至 2017-07-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

The research objective of this Emerging Frontiers in Research and Innovation (EFRI) Origami Design for the Integration of Self-assembling Systems for Engineering Innovation (ODISSEI) award is to develop self-folding polymer sheets as a platform for new mechanical meta-materials that take advantage of origami principles to provide highly tunable mechanical responses. This research combines physical chemistry, physics, origami mathematics and artistic expression to develop modular, origami components, such as folds and vertices, which are assembled into more complex folding structures. Theoretical tools will be developed to predict the mechanical properties of fold patterns, and these will be validated by comparison to measurements on micro-fabricated structures. This research also explores new origami motifs by incorporating curvature and shape into the origami repertoire to inspire new artistic achievements.If successful, we will produce new polymer materials whose static mechanical properties can be tuned over a wide range of behaviors, and which can buckle and fold dynamically. Because the theoretical tools we will develop will also be broadly applicable to any material whose expansion and contraction can be made to respond to a stimulus, we expect our research to have broad applicability in many industries ranging from packing materials to artificial tissues to actuators. The work will train undergraduate, graduate and postdoctoral students and be disseminated through publications, conferences and a workshop that will bring together other ODISSEI groups, scientists, and origami artists and mathematicians. It will also contribute to a teacher-training program at Western New England University to use origami as a hands-on way to teach mathematics and material science to K-12 students, and a theatrical performance currently being written. The artistic prototypes and models produced will be part of a traveling exhibit for science museums.This project is supported in part by funds from the Air Force Office of Scientific Research.
这一新兴研究与创新前沿(EFRI)折纸设计用于工程创新的自组装系统集成(ODISSEI)奖的研究目标是开发自折叠聚合物薄片作为新型机械超材料的平台,这些超材料利用折纸原理提供高度可调的机械响应。这项研究结合了物理化学、物理学、折纸数学和艺术表达来开发模块化的折纸组件,如折叠和顶点,这些组件被组装成更复杂的折叠结构。将开发理论工具来预测折叠图案的机械性能,并将通过与微制造结构的测量进行比较来验证这些工具。这项研究还探索了新的折纸图案,将曲率和形状融入到折纸曲目中,以激发新的艺术成就。如果成功,我们将创造出新的聚合物材料,其静态力学性能可以在各种行为中进行调整,并且可以动态弯曲和折叠。由于我们将开发的理论工具也将广泛适用于任何其膨胀和收缩可以对刺激做出反应的材料,我们预计我们的研究将在从包装材料到人造组织再到执行器的许多行业具有广泛的适用性。这项工作将培训本科生、研究生和博士后学生,并通过出版物、会议和讲习班进行传播,讲习班将使其他ODISSEI团体、科学家、折纸艺术家和数学家汇聚一堂。它还将为新英格兰西部大学的一个教师培训项目做出贡献,该项目将折纸作为一种亲身实践的方式,向K-12学生教授数学和材料科学,以及目前正在编写的戏剧表演。制作的艺术原型和模型将作为科学博物馆巡回展览的一部分。该项目部分得到了空军科学研究办公室的资金支持。

项目成果

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