Caterina Lamuta正在研究智能材料。资料来源:爱荷华大学摄影

 

可以肯定地说，3D显示并不一定会出现在自然界中——除非你把包括乌贼和章鱼在内的头足类动物看作是一种活生生的3D显示，它可以改变自己的结构，创建复杂的形状和纹理，用于伪装或拖动控制。现在，来自爱荷华大学和伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校的一个研究小组正在开发一种受头足类动物启发的智能皮肤，它可以用于3D显示，作为视障者的界面，并有助于减少海上交通工具的阻力。关于天赋平台

 

先进材料技术发表的一项研究中,研究小组,由Caterina Lamuta,爱荷华大学的机械工程助理教授,以及Sameh Tawfick Nancy Sottos,伊利诺斯大学香槟分校教授发现,使用扭曲和螺旋聚合物纤维创造人造肌肉可以生产轻型智能皮肤能够精细运动和形状的调制。

 

头足类动物的皮肤是一个3D显示屏，乳头肌肉控制着每一个体素的突出部分，使其比皮肤平面高出几毫米，创建层次化的纹理，并在几分之一秒内共同改变整个皮肤的图案。我们开发了一种材料系统，能够利用扭曲螺旋人造肌肉(TSAMs)的机电驱动来模拟这种反应。TSAMs利用其扭曲几何的力学特性向平面外扩展了8毫米，在仅0.02 V mm−1的电压下对应2000%的应变。它们是用缠绕着螺旋金属丝的聚合物纤维制成的。这些致动器被装配在可伸缩的皮肤上，并配有所需的柔性电子连接，以形成一组数字纹理体素(dtv)。该数字电视阵列可根据需要产生任意的3D表面图案，并提供控制流体动力阻力、伪装和触觉显示的机会。

 

在头足类动物中，体素是由动物的乳头肌肉控制的，这些肌肉使它们的皮肤呈现多种形态，向外突出，并在几秒钟内呈现出新的形状。该团队从头足类动物的乳头获得灵感，用扭曲的螺旋人造肌肉(TSAMs)复制数字纹理体素(DTVs)。在输入电压只有0.2 V/cm的情况下，TSAMs提供了2000%的冲程和从几微米到一厘米的粗糙度。Lamuta说:“这些轻量级的螺旋形人造肌肉有潜力取代传统的电动和气动执行器所带来的笨重设备。”“我们使用小的电脉冲驱动这款皮肤，而不是重功率源和嘈杂的空气压缩机，这允许更精确的运动和普遍的易于使用。”关于天赋平台

 

一组单独控制的TSAMs被嵌入到软材料中，以再现柔软、可拉伸、智能的皮肤，能够执行可能无限数量的输出纹理和形状。“数码电视提供我们所说的按需纹理和图案，”拉穆塔说。“因为我们的数字电视是如此轻便和灵活，我们相信它们的使用可以为多种应用铺平道路，从水下航行器和机器人的水动力拖动控制，到3D显示和用于虚拟现实和机器人手术的触觉反馈设备的发展。”