Coupling Effects in Re-Programmable Micro-Matter

可重编程微物质中的耦合效应

基本信息

项目摘要

This proposal addresses novel re-programmable micro-matter, which self-folds reversibly from a flat shape to a three-dimensional (3D) shape, keeps the shape without power consumption and self-folds on demand into a re-programmable alternative 3D shape. During the first funding period, we demonstrated the feasibility of re-programmable matter at the mm length scale using cooperative shape memory alloy (SMA) hinge microactuators and microsystems engineering. Goals of the second phase are (1) a substantial improvement of the maximum reversible folding angles, which strongly depend on the design of antagonistic SMA hinge microactuators, (2) the extension of microfabrication technology to temporarily fix the 3D shape without power consumption and (3) further upscaling and miniaturization. The project bundles the complementary competences of functional polymer materials taking account for the high potential of 3D printing technology (UFr), shape memory materials and microsystems engineering (KIT) as well as system simulation (FAU). Novel designs of cascaded and bistable SMA microhinges will be developed to enhance the range of reversible folding angles up to 180°. To temporarily fix the 3D shape, four scenarios will be considered comprising active latching and holding by heat-activated switching of magnetic forces and solid-liquid transition, respectively, as well as the passive mechanisms of magnetic latching and polymer-based sticking. The synergies and detrimental coupling effects will be investigated for an increasing integration density and number of tiles to elaborate design rules for optimum system performance.
该提议解决了新颖的可编程微型摩擦,该微型符号从扁平形状到三维(3D)形状可逆地折叠,可以使形状保持不消耗,而无需功耗,并按需自我折叠到可重新编程的替代3D形状。在第一个融资期间,我们使用合作形状的内存合金(SMA)铰链微校准器和微系统工程来证明在MM长度尺度上重新编程的物质可行性。第二阶段的目标是(1)最大可逆折叠角的实质性改进,这在很大程度上取决于拮抗SMA铰链微作用者的设计,(2)微生物技术的扩展以暂时固定3D形状而无需功耗,并且(3)进一步升级和小型化。该项目捆绑了功能性聚合物材料的完整能力,考虑到3D打印技术(UFR),形状存储材料和微型系统工程(KIT)的高潜力以及系统模拟(FAU)。将开发级联和Bistable SMA微调的新型设计,以增强可逆折叠角的范围至180°。为了暂时固定3D形状,分别通过磁力和固体液体过渡的热激活切换以及磁性闩锁和基于聚合物的粘附的被动机制分别考虑参与主动闩锁和固定。将研究协同效应和有害耦合效应,以增加整合密度和瓷砖数量,以详细设计规则,以实现最佳系统性能。

项目成果

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