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仿生自适应4D打印智能驱动材料设计与制造

关键字

4D打印;智能材料;仿生;多重响应

词条简介

基于生物优异的结构与复合材料特性,开展仿生4D智能制造理论与技术研究,将仿生学与4D打印技术的有机交叉与融合,实现智能材料的光、电、热、磁驱动。


原型介绍

   含羞草的叶子在受到触动后,会出现叶片闭合以及叶柄下垂的现象;捕蝇草在感知到昆虫的存在后,会以极快的速度将昆虫夹住。含羞草和捕蝇草均具有感知外界刺激并产生形变响应的应激性,这是因为含羞草的叶片感知到外界刺激后,会立即产生微小的电流(50-100mV),电流沿着叶柄快速传到叶片底座上的小球状器官,引起球状器官的活动,而它的活动又带动叶片活动,使得叶片闭合。

原理介绍

将仿生学与4D打印技术的有机交叉与融合,实现了直接从仿生模本或生物模型到仿生制品的跨越式制造、智能制造,展现较高的仿生效能。开发出了多种4D制造技术,包括:从均质材料向异质材料的仿生3D制造技术,从无序随机结构向有序可调控结构仿生4D制造技术,从整体到离散、通用到定制、静态到动态、无生命到有生命等仿生4D制造技术,从局域到全域优化设计的仿生4D制造技术,从结构件向功能件的仿生4D制造等。同时,开发出了高分子仿生智能4D打印材料,实现了水、温度、磁场、光、电等多重响应模式激励等。

工程应用

仿生移动机器人、仿生机械手、人工肌肉等。

参考文献

[1] Zhou Y, Huang W M, Kang S F, et al. From 3D to 4D printing: approaches and typical applications. J Mech Sci Technol, 2015, 29: 4281–4288

[2] Kuang X, Roach D J, Wu J, et al. Advances in 4D printing: materials and applications. Adv Funct Mater, 2019, 29: 1805290

[3] Momeni F, Liu X, Ni J. A review of 4D printing. Mater Design, 2017, 122: 42–79

[4] Li C Y, Zhang F H, Wang Y L, et al. Development of 4D printed shape memory polymers in biomedical field. Sci Sin Tech, 2019, 49: 13–25

领域专家

   Skylar Tibbits、冷劲松、戴振东、梁云虹


研究机构

麻省理工学院

哈尔滨工业大学

南京航天航空大学

吉林大学

创建人

梁云虹,李淑一,孙航