CAREER: Mechanics of Kirigami-based Reconfigurable Structures

职业:基于剪纸的可重构结构的力学

基本信息

  • 批准号:
    2005374
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 48.36万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2019
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2019-09-01 至 2025-03-31
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

This Faculty Early Career Development Program (CAREER) award will support fundamental research on the mechanical behavior of kirigami-based reconfigurable two dimensional (2D) and three dimensional (3D) structures. Very recently, kirigami, the ancient paper cutting art, has inspired emerging scientific research and engineering innovations, ranging from mechanical metamaterials, stretchable devices, and solar tracking, to self-assembled 3D meso-structures. However, it largely lacks the fundamental understanding of cut-structures determined macroscopic mechanical response of kirigami structures. This research program will establish a theoretical framework for connecting the macroscopic mechanical behavior and cuts-based microstructures in a new class of kirigami-based structures, which are reconfigurable in both 2D and 3D. The knowledge developed through this project will advance multiple technologies, including scaffolds for conformable and stretchable electronics, electronic skin, adaptive energy efficient building envelope, programmable soft machines, soft robots, and reconfigurable acoustic wave guides. The education and outreach objectives will align with the research goal in generating better understanding of mechanics and structure-determined properties and functionalities in kirigami structures. Programs at Temple and museums in Philadelphia will be used to broaden the participation of K-12 in STEM, including Women's Engineering Exploration summer program and STEM education department at Temple, as well as Science museum displays (Franklin Institute) and Art show (Philadelphia Museum of Art) in Philadelphia. Kirigami-based 2D/3D structures will be constructed by applying designed cuts and/or folds to both planar sheets and bulk materials for actuation under forces or external stimuli. Systematic theoretical framework will be developed to predict the kinematics and constitutive modeling of 2D and 3D kirigami structures, with validation by numerical simulation, fabrication, and experimental testing. For 2D structures, a unified design of patterned cuts will account for both symmetric and non-symmetric deformation. The quantitative relationship between the overall mechanical properties and the geometry of localized cut structures will be determined through developed homogenization continuum model. 3D reconfigurable kirigami structures will be constructed from either (self-) folding of kirigami sheets or assembly of 3D cut polyhedron units as fundamental building blocks for architected structures. For 3D architected kirigami structures, their reconfigurability and mechanical properties will be determined by the deformation modes in localized 3D cut units. A theoretical framework will be developed to predict the overall deformation modes through mode analysis under both small and finite deformation.This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
该学院早期职业发展计划(CAREER)奖将支持基于kirigami的可重构二维(2D)和三维(3D)结构的机械行为的基础研究。最近,古老的剪纸艺术kirigami激发了新兴的科学研究和工程创新,从机械超材料,可拉伸设备和太阳能跟踪到自组装3D介观结构。然而,它在很大程度上缺乏基本的理解切结构决定的宏观力学响应kirigami结构。该研究计划将建立一个理论框架,用于连接宏观力学行为和基于kirigami的新型结构中基于切口的微观结构,这些结构在2D和3D中都可以重新配置。通过该项目开发的知识将推动多种技术的发展,包括可适应和可拉伸电子产品的支架,电子皮肤,自适应节能建筑围护结构,可编程软机器,软机器人和可重构声波波导。教育和推广目标将与研究目标保持一致,以更好地理解kirigami结构中的力学和结构决定的属性和功能。坦普尔和费城博物馆的项目将用于扩大K-12在STEM中的参与,包括妇女工程探索夏季项目和坦普尔的STEM教育部门,以及费城的科学博物馆展览(富兰克林研究所)和艺术展(费城艺术博物馆)。 基于Kirigami的2D/3D结构将通过将设计的切口和/或折叠应用于平面片材和散装材料以在力或外部刺激下致动来构建。将开发系统的理论框架来预测2D和3D kirigami结构的运动学和本构建模,并通过数值模拟、制造和实验测试进行验证。对于2D结构,图案化切割的统一设计将考虑对称和非对称变形。通过建立均匀化连续介质模型,确定局部切割结构的几何形状与整体力学性能之间的定量关系。3D可重构kirigami结构将由kirigami片的(自)折叠或3D切割多面体单元的组装来构建,作为建筑结构的基本构建块。对于3D架构kirigami结构,其可重构性和力学性能将由局部3D切割单元中的变形模式决定。该奖项反映了NSF的法定使命,并通过使用基金会的智力价值和更广泛的影响审查标准进行评估,被认为值得支持。

项目成果

期刊论文数量(15)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Self‐Sustained Snapping Drives Autonomous Dancing and Motion in Free‐Standing Wavy Rings
  • DOI:
    10.1002/adma.202207372
  • 发表时间:
    2022-11
  • 期刊:
  • 影响因子:
    29.4
  • 作者:
    Yao Zhao;Yaoye Hong;Fangjie Qi;Yinding Chi;Hao Su;Jie Yin
  • 通讯作者:
    Yao Zhao;Yaoye Hong;Fangjie Qi;Yinding Chi;Hao Su;Jie Yin
Geometric mechanics of folded kirigami structures with tunable bandgap
  • DOI:
    10.1016/j.eml.2021.101483
  • 发表时间:
    2021-10
  • 期刊:
  • 影响因子:
    4.7
  • 作者:
    Yanbin Li;Xiaolei Song;Haijun Liu;Jie Yin
  • 通讯作者:
    Yanbin Li;Xiaolei Song;Haijun Liu;Jie Yin
Leveraging elastic instabilities for amplified performance: Spine-inspired high-speed and high-force soft robots
  • DOI:
    10.1126/sciadv.aaz6912
  • 发表时间:
    2020-05-01
  • 期刊:
  • 影响因子:
    13.6
  • 作者:
    Tang, Yichao;Chi, Yinding;Yin, Jie
  • 通讯作者:
    Yin, Jie
Metamorphosis of three-dimensional kirigami-inspired reconfigurable and reprogrammable architected matter
  • DOI:
    10.1016/j.mtphys.2021.100511
  • 发表时间:
    2021-09-03
  • 期刊:
  • 影响因子:
    11.5
  • 作者:
    Li, Yanbin;Yin, Jie
  • 通讯作者:
    Yin, Jie
3D Transformable Modular Kirigami Based Programmable Metamaterials
  • DOI:
    10.1002/adfm.202105641
  • 发表时间:
    2021-07-29
  • 期刊:
  • 影响因子:
    19
  • 作者:
    Li, Yanbin;Zhang, Qiuting;Yin, Jie
  • 通讯作者:
    Yin, Jie
{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year }}
  • 期刊:
  • 影响因子:
    {{ item.factor }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ monograph.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ sciAawards.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ conferencePapers.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ patent.updateTime }}

Jie Yin其他文献

Molecular Analyses for Genetic Polymorphisms of the LPL Gene and Their Associations with Intramuscular Fat Content in Goats
山羊 LPL 基因多态性及其与肌内脂肪含量关系的分子分析
  • DOI:
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Yinghui Ling;Kangyan Wang;Jie Yin;Long Zhu;Xiaorong Zhang;Chunyang Han;Jianping Ding
  • 通讯作者:
    Jianping Ding
Enhancement of photoacoustic tomography of acoustically inhomogeneous tissue by utilizing a memory effect
利用记忆效应增强声学不均匀组织的光声断层扫描
  • DOI:
    10.1364/oe.388902
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
  • 影响因子:
    3.8
  • 作者:
    Jie Yin;Junjun He;Chao Tao;Xiaojun Liu
  • 通讯作者:
    Xiaojun Liu
A coupled mechanical and electrical model concerning piezoresistive effect of CFRP materials
CFRP材料压阻效应的机电耦合模型
  • DOI:
    10.1016/j.compositesb.2016.04.010
  • 发表时间:
    2016-07
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Rong-gui Liu;Zhao-hui Xu;Jie Yin;Jun-jie Huang;Dan Liu;Gui-hua Xie
  • 通讯作者:
    Gui-hua Xie
Cuts Guided Deterministic Buckling in Arrays of Soft Parallel Plates for Multifunctionality
切割软平行板阵列中的引导确定性屈曲以实现多功能性
  • DOI:
    10.1021/acsami.7b09466
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
  • 影响因子:
    9.5
  • 作者:
    Gaojian Lin;Dengteng Ge;Yichao Tang;Yu Xia;Gaoxiang Wu;Lin Han;Shu Yang;Jie Yin
  • 通讯作者:
    Jie Yin
Successful treatment of Acquired Amegakaryocytic Thrombocytopenia with eltrombopag and immunosuppressant
艾曲波帕和免疫抑制剂成功治疗获得性无巨核细胞性血小板减少症
  • DOI:
    10.1080/09537104.2021.2012140
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
  • 影响因子:
    3.3
  • 作者:
    Hong Tian;Danqing Kong;Yun Li;Chengyuan Gu;Ziqiang Yu;Zhaoyue Wang;Depei Wu;Jie Yin
  • 通讯作者:
    Jie Yin

Jie Yin的其他文献

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year }}
  • 期刊:
  • 影响因子:
    {{ item.factor }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

{{ truncateString('Jie Yin', 18)}}的其他基金

Collaborative Research: Self-powered Electrochemical Actuators toward Untethered Soft Mobile Robots
合作研究:用于无束缚软移动机器人的自供电电化学执行器
  • 批准号:
    2329674
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 48.36万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Collaborative Research: NRI: Smart Skins for Robotic Prosthetic Hand
合作研究:NRI:机器人假手智能皮肤
  • 批准号:
    2221479
  • 财政年份:
    2022
  • 资助金额:
    $ 48.36万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Collaborative Research: Adaptive, Rapid, and Multifunctional Soft Robots (ARM SoRo) with Reconfigurable Shapes and Motions Enabled by Tunable Elastic Instabilities
协作研究:具有可重构形状和运动的自适应、快速和多功能软机器人 (ARM SoRo),由可调弹性不稳定性实现
  • 批准号:
    2126072
  • 财政年份:
    2021
  • 资助金额:
    $ 48.36万
  • 项目类别:
    Standard Grant
EAGER/Collaborative Research: Environmentally Responsive, Water Harvesting and Self-Cooling Building Envelopes
EAGER/合作研究:环境响应、集水和自冷却建筑围护结构
  • 批准号:
    2013993
  • 财政年份:
    2019
  • 资助金额:
    $ 48.36万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Mechanics of Extreme Mechanical Instabilities via Spontaneously Periodic Delamination
自发周期性分层导致极端机械不稳定性的力学
  • 批准号:
    2010717
  • 财政年份:
    2019
  • 资助金额:
    $ 48.36万
  • 项目类别:
    Standard Grant
CAREER: Mechanics of Kirigami-based Reconfigurable Structures
职业:基于剪纸的可重构结构的力学
  • 批准号:
    1846651
  • 财政年份:
    2019
  • 资助金额:
    $ 48.36万
  • 项目类别:
    Standard Grant
EAGER/Collaborative Research: Environmentally Responsive, Water Harvesting and Self-Cooling Building Envelopes
EAGER/合作研究:环境响应、集水和自冷却建筑围护结构
  • 批准号:
    1745921
  • 财政年份:
    2017
  • 资助金额:
    $ 48.36万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Mechanics of Extreme Mechanical Instabilities via Spontaneously Periodic Delamination
自发周期性分层导致极端机械不稳定性的力学
  • 批准号:
    1727792
  • 财政年份:
    2017
  • 资助金额:
    $ 48.36万
  • 项目类别:
    Standard Grant

相似国自然基金

锆酸铅基反铁电体畴动力学及其调控机理研究
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2025
  • 资助金额:
    0.0 万元
  • 项目类别:
    省市级项目
极端工况下航空发动机轴承滚-黏接触磨损与连续疲劳损伤的微观机理研
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2025
  • 资助金额:
    0.0 万元
  • 项目类别:
    省市级项目
基于物理经验约束的高含水油水两相流含水率软测量方法研究
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2025
  • 资助金额:
    0.0 万元
  • 项目类别:
    省市级项目
磁驱微混合器均质混合的磁流耦合机理与非均匀磁编码成形研究
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2025
  • 资助金额:
    0.0 万元
  • 项目类别:
    省市级项目
具有非局部效应的脉冲扩散系统的动力学研究
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2025
  • 资助金额:
    0.0 万元
  • 项目类别:
    省市级项目
穿斗式木结构残损状态动力性能评估及抗震机理研究
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2025
  • 资助金额:
    0.0 万元
  • 项目类别:
    省市级项目
Ru@掺氮碳壳纳米反应器空间-电子耦合调控及其热力学-动态稳定性协同突破机制
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2025
  • 资助金额:
    0.0 万元
  • 项目类别:
    省市级项目
非常态模式下场景目标导向的船舶交通拥堵演化与应急响应机理
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2025
  • 资助金额:
    0.0 万元
  • 项目类别:
    省市级项目
数据驱动的航行体构型/润湿性协同调控入水动力学研究
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2025
  • 资助金额:
    0.0 万元
  • 项目类别:
    省市级项目
热环境下双螺旋仿生微结构热塑复合材料抗冲击性能及强度理论研究
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2025
  • 资助金额:
    0.0 万元
  • 项目类别:
    省市级项目

相似海外基金

頭部・体幹部へ着目した逆動力学による高齢者の転倒回避反応の解析
使用针对头部和躯干的逆动力学分析老年人的跌倒避免反应
  • 批准号:
    24K14427
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 48.36万
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
幾何学的深層学習による非線形力学系のグレーボックスモデル化技術の創出
使用几何深度学习创建非线性动力系统灰盒建模技术
  • 批准号:
    24K15105
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 48.36万
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
Collaborative Research: Mechanics of Optimal Biomimetic Torene Plates and Shells with Ultra-high Genus
合作研究:超高属度最优仿生Torene板壳力学
  • 批准号:
    2323415
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 48.36万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Collaborative Research: Extreme Mechanics of the Human Brain via Integrated In Vivo and Ex Vivo Mechanical Experiments
合作研究:通过体内和离体综合力学实验研究人脑的极限力学
  • 批准号:
    2331294
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 48.36万
  • 项目类别:
    Standard Grant
CAREER: The Contagion Science: Integration of inhaled transport mechanics principles inside the human upper respiratory tract at multi scales
职业:传染病科学:在多尺度上整合人类上呼吸道内的吸入运输力学原理
  • 批准号:
    2339001
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 48.36万
  • 项目类别:
    Continuing Grant
Exploration of the Nonequilibrium Statistical Mechanics of Turbulent Collisionless Plasmas
湍流无碰撞等离子体的非平衡统计力学探索
  • 批准号:
    2409316
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 48.36万
  • 项目类别:
    Continuing Grant
力学的に極性のハイドロゲルに基づく左右非対称摩擦の開拓と応用
基于机械极性水凝胶的不对称摩擦的开发与应用
  • 批准号:
    24KF0093
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 48.36万
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for JSPS Fellows
地球流体力学および磁気流体力学の基礎方程式に対する数理解析
地球流体动力学和磁流体动力学基本方程的数学分析
  • 批准号:
    24KJ0138
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 48.36万
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for JSPS Fellows
分子動力学計算と連続体計算の協働で紐解く界面活性剤添加による乱流抑制の物理機構
通过分子动力学和连续介质计算的协作揭示添加表面活性剂抑制湍流的物理机制
  • 批准号:
    24KJ0109
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 48.36万
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for JSPS Fellows
量子相転移動力学の基盤となるスピノールBEC中の位相欠陥の内部状態と動力学の解明
阐明旋量 BEC 中相缺陷的内部状态和动力学,这是量子相转移动力学的基础
  • 批准号:
    23K20228
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 48.36万
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
{{ showInfoDetail.title }}

作者:{{ showInfoDetail.author }}

知道了