EFRI-ODISSEI: Multi-field Responsive Origami Structures - Advancing the Emerging Frontier of Active Compliant Mechanisms

EFRI-ODISSEI:多领域响应式折纸结构 - 推进主动顺从机制的新兴前沿

基本信息

  • 批准号:
    1240459
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 200万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2012
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2012-08-01 至 2017-07-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

The research objective of this Emerging Frontiers in Research and Innovation (EFRI) Origami Design for the Integration of Self-Assembling Systems for Engineering Innovation (ODISSEI) award is to develop methods to design origami structures that actively fold from an initially flat sheet to complex three-dimensional shapes in response to multiple fields (e.g., electric, thermal, magnetic). They will also actively unfold, in contrast to current origami structures that must be manually unfolded. These multi-field responsive origami shapes will be developed through collaboration with a visual artist and approximated and modeled using geometric modeling and origami mathematics. The artistically inspired shapes will provide targets for designing novel active compliant mechanisms, which along with predictive multi-scale modeling and multi-physics simulations, will guide the development of new active materials. This new class of multi-field responsive materials includes micro- and nano-enabled hybrids where a graded distribution of particles enables coupling between multiple external fields to allow selective folding and unfolding along creases. A design optimization framework will be developed to integrate the modeling, design, and active materials efforts and enable system trade studies from the nano to the macro scale. Successful completion of this project will foster novel concepts and design innovation in several application areas. For example, origami-based surgical instruments will benefit minimally invasive surgery, where there is a need for mm-scale devices that can deploy inside the body to manipulate tissue. Similarly, origami-based adaptive aircraft structures, reconfigurable robots, and deployable space structures will help enhance mission versatility. A summer student exchange program and multi-university capstone design projects among Penn State, Rowan, and George Mason will help broaden participation of under-represented groups in engineering and STEM majors. The research will also be leveraged to create interactive artistic pieces and K-12-targeted workshops for the Discovery Space Museum in State College, PA and Penn State's Palmer Museum of Art.
这项新兴领域的研究和创新前沿(EFRI)折纸设计的研究目标是为了整合工程创新的自组装系统(ODISSEI)奖的研究目标是为设计折纸结构开发方法,这些方法从最初的平坦表折叠到复杂的三维形状,以响应多个领域(例如,对多个领域(例如,电气,电气,磁性,磁性)。与当前必须手动展开的折纸结构相比,它们还将积极展开。这些多场反应式折纸形状将通过与视觉艺术家的合作,并使用几何建模和折纸数学进行近似和建模。具有艺术启发的形状将为设计新颖的主动机制提供目标,该机制与预测性的多尺度建模和多物理模拟一起,将指导新的活性材料的开发。 这类新的多场响应材料包括启用微型和纳米的杂种,其中粒子的分级分布可以在多个外部磁场之间耦合,以允许选择性折叠并沿折痕展开。将开发一个设计优化框架,以整合建模,设计和主动材料工作,并使从纳米到宏观量表的系统贸易研究。 该项目的成功完成将促进新颖的概念并在几个应用领域设计创新。 例如,基于折纸的手术器械将受益于微创手术,在这种手术中,需要在体内部署以操纵组织的MM尺度设备。 同样,基于折纸的自适应飞机结构,可重构机器人和可部署的空间结构将有助于提高任务多功能性。 宾夕法尼亚州,罗恩和乔治·梅森之间的夏季学生交流计划和多元大学的顶峰设计项目将有助于扩大代表性不足的团体在工程和STEM专业的参与。 这项研究还将被利用,为宾夕法尼亚州立学院的发现太空博物馆和宾夕法尼亚州立大学的帕尔默艺术博物馆创建互动艺术作品和K-12目标的研讨会。

项目成果

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