磁場で制御可能な変形構造「中国の提灯」構造(‘Chinese Lantern’ Structure Shifts Into More Than a Dozen Shapes for Various Applications)

2025-10-10 ノースカロライナ州立大学(NC State)

ノースカロライナ州立大学の研究チームは、圧縮やねじりによって十数種類の立体形状に変化する「中国提灯型ポリマー構造」を開発した。この構造は二安定性を持ち、圧縮時にエネルギーを蓄えて瞬時に元の形へ戻る。磁性薄膜を付与することで磁場による遠隔制御も可能となり、魚をつかむ非侵襲的グリッパーや水流制御フィルターなどの応用を実証。数学モデルにより形状と安定性、エネルギー変換を設計できることも示した。研究は『Nature Materials』に掲載され、変形型メタマテリアルやソフトロボティクスへの展開が期待される。

磁場で制御可能な変形構造「中国の提灯」構造(‘Chinese Lantern’ Structure Shifts Into More Than a Dozen Shapes for Various Applications)
Image credit: Yaoye Hong.

<関連情報>

蓄積された弾性エネルギーを用いたリボンクラスターメタユニットにおける再プログラム可能なスナップ形態形成 Reprogrammable snapping morphogenesis in ribbon-cluster meta-units using stored elastic energy

Yaoye Hong,Caizhi Zhou,Haitao Qing,Yinding Chi & Jie Yin
Nature Materials  Published:10 October 2025
DOI:https://doi.org/10.1038/s41563-025-02370-z

Abstract

Snapping, driven by stored elastic energy, enables versatile and rapid shape changes in nature; yet replicating such autonomous, reprogrammable morphogenesis in free-standing volumetric structures remains elusive. Here we report a lantern-shaped ribbon-cluster meta-unit that harnesses programmable and reprogrammable elastic energy to achieve over 13 distinct volumetric snapping morphologies from a single unit. Governed by three Euler angles, the meta-unit post-fabrication offers a tunable mechanical design space spanning up to quadrastable states. Unlike single-ribbon or mechanism-based designs, our system autonomously selects snapping pathways via nastic coupling between multiple ribbons, enabling the inverse design of complex snapping morphologies. We harness magnetically actuated bud-to-bloom and tristable morphogenesis to enable fast, non-invasive grasping and remote flow regulation in confined environments. These results establish a general framework for architected materials with programmable shape, stability and function, offering potential applications in soft robotics, deployable devices and mechanical logic.

0109ロボット
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