Collaborative Research: CPS: Medium: Autonomy of Origami-inspired Transformable Systems in Space Operations

合作研究:CPS:媒介:太空作战中受折纸启发的可变换系统的自主性

基本信息

  • 批准号:
    2201344
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 25万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2022
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2022-10-01 至 2025-09-30
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

Origami-inspired structures that fold flat sheets along creases with designed patterns to create transformable structures have been widely applied in science and engineering, especially in space operations, e.g., for deployment of folded solar panels equipped on launched satellites. Although the deformation process plays an essential role in transitions between the origami states, few studies focus on the control and actuation of the origami folding mechanism toward high autonomy of the deformation process. This project aims to develop an autonomous origami-inspired transformable system to enable high-performance deformation maneuvering in space operations requiring frequent and/or time-responsive shape changes. The integrative research incorporating theory, analysis, algorithm development, and experimental verification will contribute to a theoretical and experimental platform to advance the autonomy of origami system operations in challenging environments. The research products will have significant impacts on the proliferated satellite marketplace where low mass, small volume, and adaptable structures/subsystems of space vehicles are in demand. Going beyond the applications in space missions, origami-inspired transformable systems have much broader applications in science and engineering. Moreover, the collaboration of experts in both cyber and physical areas promotes the creation of interdisciplinary products that bridge different disciplines.To achieve the research goal of advancing autonomy of origami-inspired transformable systems, four research thrusts are identified, namely (1) developing a network-based approach for modeling and design of multi-shape origami structures, (2) designing an integrated sensing and control strategy with guaranteed controllability, reachability, and energy efficiency, (3) developing programmable untethered actuation via thermal loading to realize designed control maneuvers, and (4) evaluating the performance of autonomous systems using multiple origami structures in space operation missions. These identified research thrusts will together contribute to an analytical and computational framework for achieving autonomy of the origami deformation process, which will result in real-world applications in future space missions. Theoretically, the fundamental analysis based on networked control and graph modeling can lead to rigorous support of control performance in terms of controllability, reachability, and energy efficiency for the origami deformation process. Practically, the development of programmable untethered actuation enables the generation of designed control commands under operational constraints.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.
折纸启发的结构沿着折痕折叠平面的设计图案,创造可变形的结构,已广泛应用于科学和工程,特别是在空间操作,例如,部署折叠的太阳能电池板装备在发射的卫星。虽然变形过程在折纸状态之间的转换中起着至关重要的作用,但很少有研究关注折纸折叠机构的控制和驱动,以实现变形过程的高度自治。该项目旨在开发一种自主折纸式变形系统,以在需要频繁和/或时间响应形状变化的空间操作中实现高性能变形机动。将理论、分析、算法开发和实验验证相结合的综合研究将有助于建立一个理论和实验平台,以提高折纸系统在具有挑战性的环境中操作的自主性。该研究产品将对日益增长的卫星市场产生重大影响,因为市场对空间飞行器的低质量、小体积和适应性结构/子系统的需求很大。除了在太空任务中的应用之外,折纸启发的可变形系统在科学和工程方面有更广泛的应用。此外,网络和物理领域专家的合作促进了跨学科产品的创造,架起了不同学科之间的桥梁。为实现提高折纸变形系统自主性的研究目标,确定了四个研究重点,即:(1)开发基于网络的多形状折纸结构建模与设计方法;(2)设计具有可控性、可达性和能效保证的集成传感与控制策略;(3)开发通过热加载实现设计控制机动的可编程无系驱动;(4)多折纸结构自主系统在空间作战任务中的性能评价。这些确定的研究重点将共同为实现折纸变形过程的自主性提供分析和计算框架,这将导致在未来空间任务中的实际应用。从理论上讲,基于网络控制和图形建模的基础分析可以为折纸变形过程的可控性、可达性和能效控制性能提供严格的支持。实际上,可编程非系绳驱动的发展使在操作约束下生成设计的控制命令成为可能。该奖项反映了美国国家科学基金会的法定使命,并通过使用基金会的知识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(7)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Multiple equilibrium states of a curved-sided hexagram: Part II—Transitions between states
  • DOI:
    10.1016/j.jmps.2023.105407
  • 发表时间:
    2023-07
  • 期刊:
  • 影响因子:
    5.3
  • 作者:
    Lu Lu-Lu;Jize Dai;Sophie Leanza;J. Hutchinson;R. Zhao
  • 通讯作者:
    Lu Lu-Lu;Jize Dai;Sophie Leanza;J. Hutchinson;R. Zhao
Curved Ring Origami: Bistable Elastic Folding for Magic Pattern Reconfigurations
  • DOI:
    10.1115/1.4062221
  • 发表时间:
    2023-03
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Jize Dai;Lu Lu-Lu;Sophie Leanza;J. Hutchinson;R. Zhao
  • 通讯作者:
    Jize Dai;Lu Lu-Lu;Sophie Leanza;J. Hutchinson;R. Zhao
Multiple equilibrium states of a curved-sided hexagram: Part I—stability of states
曲边六边形的多重平衡状态:第一部分——状态稳定性
  • DOI:
    10.1016/j.jmps.2023.105406
  • 发表时间:
    2023
  • 期刊:
  • 影响因子:
    5.3
  • 作者:
    Lu, Lu;Dai, Jize;Leanza, Sophie;Zhao, Ruike Renee;Hutchinson, John W.
  • 通讯作者:
    Hutchinson, John W.
Easy snap-folding of hexagonal ring origami by geometric modifications
  • DOI:
    10.1016/j.jmps.2022.105142
  • 发表时间:
    2022-11
  • 期刊:
  • 影响因子:
    5.3
  • 作者:
    Lu Lu-Lu;Sophie Leanza;Jize Dai;Xiaohao Sun;R. Zhao
  • 通讯作者:
    Lu Lu-Lu;Sophie Leanza;Jize Dai;Xiaohao Sun;R. Zhao
On the elastic stability of folded rings in circular and straight states
折叠环在圆状态和直状态下的弹性稳定性
  • DOI:
    10.1016/j.euromechsol.2023.105041
  • 发表时间:
    2023
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Leanza, Sophie;Zhao, Ruike Renee;Hutchinson, John W.
  • 通讯作者:
    Hutchinson, John W.
{{ 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 }}

Ruike Renee Zhao其他文献

Buckling and post-buckling of cylindrical shells under combined torsional and axial loads
圆柱壳在扭转载荷与轴向载荷共同作用下的屈曲与后屈曲
  • DOI:
    10.1016/j.euromechsol.2025.105653
  • 发表时间:
    2025-07-01
  • 期刊:
  • 影响因子:
    4.200
  • 作者:
    Lu Lu;Sophie Leanza;Yang Liu;Ruike Renee Zhao
  • 通讯作者:
    Ruike Renee Zhao
The elastica with pre-stress due to natural curvature
由于自然曲率而具有预应力的松紧带
Reconfiguration of Electromagnetic Metasurfaces Using Tunable Shape Morphing Structures
使用可调谐形状变形结构重构电磁超表面
  • DOI:
  • 发表时间:
    2024
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    David L. West;William Pavlick;Jay Sim;Jize Dai;Shuai Wu;Jack Eichenberger;Ruike Renee Zhao;N. Ghalichechian
  • 通讯作者:
    N. Ghalichechian
Machine learning-enabled forward prediction and inverse design of 4D-printed active plates
基于机器学习的 4D 打印活性板的正向预测和逆向设计
  • DOI:
  • 发表时间:
    2024
  • 期刊:
  • 影响因子:
    16.6
  • 作者:
    Xiaohao Sun;Liang Yue;Luxia Yu;Connor T Forte;Connor D. Armstrong;Kun Zhou;Frédéric Demoly;Ruike Renee Zhao;H. J. Qi
  • 通讯作者:
    H. J. Qi
Electromagnetic-stimulated untethered amphibious soft robot with multimodal locomotion
具有多模态运动能力的电磁驱动无系绳两栖软体机器人
  • DOI:
    10.1016/j.mattod.2025.04.005
  • 发表时间:
    2025-08-01
  • 期刊:
  • 影响因子:
    22.000
  • 作者:
    Xiao Yang;Sophie Leanza;Qiji Ze;Ruike Renee Zhao
  • 通讯作者:
    Ruike Renee Zhao

Ruike Renee Zhao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('Ruike Renee Zhao', 18)}}的其他基金

Collaborative Research: Reconfigurable Intelligent Electromagnetic Surface Using Magnetic Shape Memory Polymers
合作研究:使用磁性形状记忆聚合物的可重构智能电磁表面
  • 批准号:
    2300157
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 25万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Micromechanics of Interactions Between Hard Magnetic Particles and Soft Matrix on Magneto-Mechanical Actuation
磁机械驱动中硬磁颗粒与软基体相互作用的微观力学
  • 批准号:
    2142789
  • 财政年份:
    2021
  • 资助金额:
    $ 25万
  • 项目类别:
    Standard Grant
CAREER: Multiphysics Mechanics of Magnetic Shape Memory Polymers
职业:磁性形状记忆聚合物的多物理力学
  • 批准号:
    2145601
  • 财政年份:
    2021
  • 资助金额:
    $ 25万
  • 项目类别:
    Standard Grant
EAGER: Collaborative Research: Origami-Based Extremely-Packed Multistable Pop-Up Design for Medical Masks
EAGER:合作研究:基于折纸的超密集多稳态弹出式医用口罩设计
  • 批准号:
    2029643
  • 财政年份:
    2020
  • 资助金额:
    $ 25万
  • 项目类别:
    Standard Grant
CAREER: Multiphysics Mechanics of Magnetic Shape Memory Polymers
职业:磁性形状记忆聚合物的多物理力学
  • 批准号:
    1943070
  • 财政年份:
    2020
  • 资助金额:
    $ 25万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Micromechanics of Interactions Between Hard Magnetic Particles and Soft Matrix on Magneto-Mechanical Actuation
磁机械驱动中硬磁颗粒与软基体相互作用的微观力学
  • 批准号:
    1939543
  • 财政年份:
    2020
  • 资助金额:
    $ 25万
  • 项目类别:
    Standard Grant

相似国自然基金

细梗香草活性成分CPS-B靶向MARCHF3/NEU4/CDH11通路抑制宫颈癌侵袭转移的作用机制研究
  • 批准号:
    HDMZ25H280006
  • 批准年份:
    2025
  • 资助金额:
    0.0 万元
  • 项目类别:
    省市级项目
肺炎克雷伯菌WaaLCPS连接酶相关的CPS-LPS合成通路及致病机制的研究
  • 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
基于自动深度学习的电力CPS入侵检测及安全性提升方法研究
  • 批准号:
    Z25F030003
  • 批准年份:
    2025
  • 资助金额:
    0.0 万元
  • 项目类别:
    省市级项目
先锋转录因子FOXA2调控CPS1介导尿素循环在急性肝衰竭肝性脑病中的机制研究
  • 批准号:
    82300699
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    30.00 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
代谢酶CPS1调控PD-L1表达重塑肝癌免疫微环境的作用及机制研究
  • 批准号:
    82303340
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    30.00 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
CPs/MOFs介导多烯衍生物拓扑光聚合的高立体选择性构建策略研究
  • 批准号:
    22361004
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    32 万元
  • 项目类别:
    地区科学基金项目
尿素循环关键酶CPS1表达异常在肺癌转移中的作用和机制研究
  • 批准号:
    82273390
  • 批准年份:
    2022
  • 资助金额:
    52 万元
  • 项目类别:
    面上项目
CPS 仿真中离散事件模型与连续时间模型的分布式协同运行问题研究
  • 批准号:
    2022JJ40559
  • 批准年份:
    2022
  • 资助金额:
    0.0 万元
  • 项目类别:
    省市级项目
CPS1通过减少DAG的含量而抑制肝细胞肝癌侵袭转移的机制研究
  • 批准号:
    n/a
  • 批准年份:
    2022
  • 资助金额:
    0.0 万元
  • 项目类别:
    省市级项目
面向智能交通认知的CPS计算架构与可解释深度学习模型研究
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2021
  • 资助金额:
    58 万元
  • 项目类别:
    面上项目

相似海外基金

Collaborative Research: CPS: NSF-JST: Enabling Human-Centered Digital Twins for Community Resilience
合作研究:CPS:NSF-JST:实现以人为本的数字孪生,提高社区复原力
  • 批准号:
    2420846
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 25万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Collaborative Research: CPS: Medium: Automating Complex Therapeutic Loops with Conflicts in Medical Cyber-Physical Systems
合作研究:CPS:中:自动化医疗网络物理系统中存在冲突的复杂治疗循环
  • 批准号:
    2322534
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 25万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Collaborative Research: CPS: Medium: Automating Complex Therapeutic Loops with Conflicts in Medical Cyber-Physical Systems
合作研究:CPS:中:自动化医疗网络物理系统中存在冲突的复杂治疗循环
  • 批准号:
    2322533
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 25万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Collaborative Research: CPS: NSF-JST: Enabling Human-Centered Digital Twins for Community Resilience
合作研究:CPS:NSF-JST:实现以人为本的数字孪生,提高社区复原力
  • 批准号:
    2420847
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 25万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Collaborative Research: CPS: Small: Risk-Aware Planning and Control for Safety-Critical Human-CPS
合作研究:CPS:小型:安全关键型人类 CPS 的风险意识规划和控制
  • 批准号:
    2423130
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 25万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Collaborative Research: CPS: Medium: Physics-Model-Based Neural Networks Redesign for CPS Learning and Control
合作研究:CPS:中:基于物理模型的神经网络重新设计用于 CPS 学习和控制
  • 批准号:
    2311084
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 25万
  • 项目类别:
    Standard Grant
CPS: Medium: Collaborative Research: Provably Safe and Robust Multi-Agent Reinforcement Learning with Applications in Urban Air Mobility
CPS:中:协作研究:可证明安全且鲁棒的多智能体强化学习及其在城市空中交通中的应用
  • 批准号:
    2312092
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 25万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Collaborative Research: CPS: Medium: Sensor Attack Detection and Recovery in Cyber-Physical Systems
合作研究:CPS:中:网络物理系统中的传感器攻击检测和恢复
  • 批准号:
    2333980
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 25万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Collaborative Research: CPS: Medium: An Online Learning Framework for Socially Emerging Mixed Mobility
协作研究:CPS:媒介:社会新兴混合出行的在线学习框架
  • 批准号:
    2401007
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 25万
  • 项目类别:
    Standard Grant
CPS: Medium: Collaborative Research: Robust Sensing and Learning for Autonomous Driving Against Perceptual Illusion
CPS:中:协作研究:针对自动驾驶对抗知觉错觉的鲁棒感知和学习
  • 批准号:
    2235231
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 25万
  • 项目类别:
    Standard Grant
{{ showInfoDetail.title }}

作者:{{ showInfoDetail.author }}

知道了