The recent development of modular origami structures has ushered in a new era for active metamaterials with multiple degrees of freedom (multi-DOF). Notably, no systematic inverse design approach for volumetric modular origami structures has been reported. Moreover, very few topologies of modular origami have been studied for the design of active metamaterials with multi-DOF. Herein, we develop an inverse design method and reconfigurable algorithm for constructing 3D active architected structures - we synthesize modular origami structures that can be volumetrically mapped to a target 3D shape. We can control the reconfigurability by reconstructing the topology of the architected structures. Our inverse design based on volumetric mapping with mobility control by topology reconstruction can be used to construct architected metamaterials with any 3D complex shape that are also transformable with multi-DOF. Our work opens a new path toward 3D reconfigurable structures based on volumetric inverse design. This work is significant for the design of 3D active metamaterials and 3D morphing devices for automotive, aerospace, and biomedical engineering applications.


翻译:最近开发的单元式折合金结构为具有多种自由度的活性元材料带来了一个新的时代。值得注意的是,没有报告过关于体积模块式折合金结构的系统反向设计方法。此外,很少研究过模块式折合金结构,用于设计具有多度折合金的活性元材料。在这里,我们开发了一种反向设计方法和可重新配置的算法,用于建造3D活性建筑结构——我们综合了模块式折合金结构,这些结构可以以体积方式绘制成目标3D形状。我们可以通过重建建筑建筑结构的地形来控制重新组合的可重新组合。我们基于通过地形重建可移动性控制的体积图的反向设计可用于建造具有任何3D复合形状的建筑型元材料,这些形状也可以与多度折合金基金一起改造。我们的工作开辟了一条新的道路,通往基于体积反设计3D的可重新配置结构。这项工作对于设计3D活性元材料和3D汽车、航空航天和生物物理应用的3D变形装置具有重要意义。

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