微小的弹出式设备即使在极高的压力下也可以持续工作底里

微小的弹出式设备即使在极高的压力下也可以持续工作

微型设备因其经常拉伸，压缩或扭曲的能力而无缝地进入了压力感测和能量收集技术。尽管具有承受力的能力，但仍不清楚重复的物理应力是否会损坏这些微型设备的工作，特别是如果它们的结构已经存在缺陷。

得克萨斯州A＆M大学的研究人员使用形状像桌子的微小压力感应结构发现，即使在压缩力很大的情况下，反复推动桌子的平坦表面也不会导致结构塌陷取而代之的是，这些微小的设备具有弹性，可以通过与施加的力成比例地弯曲腿来继续保持功能。

研究人员说，他们的发现发表在二月份的《极端力学快报》杂志上，直接影响了包含微型设备的技术的寿命，例如柔软的可穿戴电子设备，可拉伸的太阳能电池和压力传感袜子。

微型设备需要忠实地传达强度和压缩变化。对于许多应用，传感器必须很小，才能以足够高的分辨率捕获压力变化。因此，基于日本折纸的剪纸和折叠技术的微型设备提供了一种出色的解决方案。

借鉴激进折纸原理，微型设备的设计首先在2D表面上蚀刻。然后，从设计边界向内推动会弹出结构。其他时候，将2D打印拉伸或扭曲以显示更复杂的3D设计。无论最终用途如何，基于折纸的设备都必须面对其形状的连续变形，这种现象被工程师称为变形。

J. Mike Walker '66机械工程系教授兼系主任Andreas A. Polycarpou博士说：“使用折纸结构的部分吸引力在于，它们可以长时间反复变形。” “但是这些结构中的任何缺陷都会影响它们的最终性能，即它们不断变形的能力。”

为了研究缺陷如何影响折纸设备的功能，在工程学院研究生，研究的主要作者Kian Bashandeh的带领下，Polycarpou的团队设计了一组使用微型压力传感器的实验。由四个支脚支撑的平坦表面组成，如果从上方施加压力，这些结构就会弯曲。

为了进行研究，研究人员使用菱形扁平冲头反复压低了桌子状结构。他们的样品中包含有轻微缺陷的结构，例如四个腿中的一个或一个稍薄的腿上的小裂纹。

为了测试这些结构随时间的性能，他们使用电子显微镜记录了这些结构在反复压缩下的行为，并测量了腿弯曲的距离。

Polycarpou的研究小组发现，对于无缺陷和有缺陷的kirigami结构，压缩都会使结构“变硬”或抵抗向下的力。但是，随着时间的流逝，即使在极高的压力下，结构也达到了稳态，并且能够从金刚石冲头的反复撞击中恢复过来。

研究人员说，他们循环压缩实验的结果表明，装有激进折纸设备的系统即使在其中的某些设备存在缺陷的情况下，也可以长时间保持功能。

“对于大多数应用，包括压力感测，它不是一个而是多个串联工作的微型设备。直觉上，人们会认为任何一种折纸结构中的小缺陷对于由许多此类结构制成的系统来说都是灾难性的，” Polycarpou说。 。“我们现在有证据表明它们没有这样做。因此，如果使用智能袜子来测量步态期间压力的分布，我们的结果表明，即使压力稍有缺陷，微型压力传感器仍将表现出色。”

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