Projektbeschreibung
Von Origami inspirierte Architektur verbessert Funktionalität von Metamaterialien
Der technologische Fortschritt in Verbindung mit den zunehmenden Umweltproblemen erfordert die Entwicklung fortgeschrittener Entwurfsstrategien zur Verbesserung der Funktionalität von Materialien. Ziel des ERC-finanzierten Projekts S-FOAM ist es, Origami- und Kirigami-Fähigkeiten in architektonische Zellstrukturen zu integrieren. Die anvisierten Metamaterialien werden eine Kombination von Eigenschaften wie Multistabilität, Anisotropie, geometrische Frustration, örtliche Formfehlerkontrolle und kontrollierten Verlust der Elliptizität aufweisen. Diese Eigenschaften begünstigen die Selbstfaltung und Formveränderung, die durch äußere Reize ausgelöst wird. Das Projektteam stützt sich auf die Prinzipien der Festkörpermechanik, der Strukturanalyse und der numerischen Simulationen sowie auf experimentelle Instrumente zur Entwicklung von Modellen für die optimale Gestaltung von Origami- und Kirigami-Gittermetamaterialien. Diese Metamaterialien werden in der Softrobotik und bei tragbaren Geräten Anwendung finden.
Ziel
Technological progress and increasingly environmental-related problems call for new cutting-edge design strategies to improve materials’ functionalities. The S-FOAM's challenge is to breakthrough metamaterial design by implanting origami/kirigami capabilities within architected cellular structures at different scales, thus bringing metamaterials to unprecedented mechanical performance.
The resulting metamaterials will combine multistability, anisotropy, geometrical frustration, control of localized deformation, and ellipticity loss to achieve a new capability: self-foldability and shape-morphing induced by external stimuli.
Unlike what happens in currently available origami, the location of the creases is not a priori imposed, but self-guided by ellipticity loss, occurring in the homogenized material, equivalent to the kirigami/origami, and self-controlled by embedding within the microstructure topological point and line defects. This introduces an unexplored field of research in which a material element will become able to mechanically react to actions from the surroundings through a direct change in its shape, thus reaching a configuration that optimizes its stiffness, strength, toughness, and, in a word, its environmental resilience.
The research project S-FOAM will develop modelling based on the mechanics of solids and structures, numerical simulations, and experimental tools for the optimal design of origami/kirigami-lattice metamaterials.
Applications are envisaged in soft robotics where grippers grasp and manipulate objects without damaging them, and in wearable devices where materials gently adapt to humans’ movements. Moreover, the design principle provided by S-FOAM is of great interest in developing adaptive medical devices and in maximizing solar power intake through flexible PVs integrated into metamaterials capable of changing shape depending on the sun motion.
Wissenschaftliches Gebiet (EuroSciVoc)
CORDIS klassifiziert Projekte mit EuroSciVoc, einer mehrsprachigen Taxonomie der Wissenschaftsbereiche, durch einen halbautomatischen Prozess, der auf Verfahren der Verarbeitung natürlicher Sprache beruht.
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Schlüsselbegriffe
Programm/Programme
- HORIZON.1.1 - European Research Council (ERC) Main Programme
Thema/Themen
Finanzierungsplan
HORIZON-ERC - HORIZON ERC GrantsGastgebende Einrichtung
38122 Trento
Italien