Ny forskning tittar på hur skalens geometri relaterar till den energitillförsel som krävs för att aktivera genomsnäppningsinstabilitet.

I naturen använder olika organismer som kolibri och Venus flugfälla snabba snäpprörelser för att fånga byten, vilket inspirerar ingenjörer att skapa design som fungerar med hjälp av snäppinstabilitet hos skalstrukturer. Snäppning frigör snabbt lagrad elastisk energi och kräver inte en kontinuerlig applicerad stimulans för att bibehålla en inverterad form i bistabila strukturer.

En ny artikel publicerad i EPJ E författad av Lucia Stein-Montalvo, Institutionen för civil- och miljöteknik, Princeton University, och Douglas P. Holmes, Department of Mechanical Engineering, Boston University, tillsammans med medförfattarna Jeong-Ho Lee, Yi Yang, Melanie Landesberg och Harold S Park, undersöker hur en begränsning av den aktiva ytan av skalgränsen möjliggör en stor minskning av dess storlek och minskar energitillförseln som krävs för att aktivera genomsnäppningsbeteende i skalet för att styra utformningen av effektiva snäppstrukturer.

I uppsatsen påpekar författarna att genomsnäppningsinstabilitet är en särskilt attraktiv mekanism för enheter som robotaktuatorer eller mekaniska muskler, optiska enheter och till och med dynamiska byggnadsfasader. Alla dessa förlitar sig på en kombination av geometrisk bistabilitet och snäppinducerande stimulans för att fungera som sträcker sig från det mekaniska, som vridmomentet i ett barns hoppande hopplockleksak, eller icke-mekaniskt som temperatur, spänning, ett magnetfält, differential tillväxt eller svullnad.

Forskarna genomförde två uppsättningar experiment, en med kvarvarande svallning av silikonelastomerer i två lager - en process som efterliknar differentiell tillväxt, den andra med en magneto-elastomer för att inducera krökningar som orsakar genomsnäppning.

Detta mekanikinformerade tillvägagångssätt avslöjade en analogi till det böjningsdominerade gränsskiktet i inverterade sfäriska lock. De fann att precis som med inverterade, passiva sfäriska lock, är storleken på gränsskiktet nära knuten till stabilitet. Dessutom upptäckte teamet att platsen och storleken på det pålagda böjningsområdet avgör om det konkurrerar mot eller samarbetar med det geometriska gränsskiktet, där skalet "vill" böjas.

Således avslöjar teamets resultat den underliggande mekaniken för genomsnäppning i sfäriska skal, vilket erbjuder en intuitiv väg till optimal design för effektiv genomsnäppning. + Utforska vidare

Tekniken påskyndar termisk aktivering för mjuk robotik