論文の概要: Impedance-Guided Programmable Transmission of Localized Deformation in Modular Soft Metamaterials
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2607.08966v1
- Date: Thu, 09 Jul 2026 22:04:01 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-07-13 16:48:13.419742
- Title: Impedance-Guided Programmable Transmission of Localized Deformation in Modular Soft Metamaterials
- Title（参考訳）: モジュール型軟質材料における局部変形のインピーダンス誘導型プログラムトランスミッション
- Authors: Weiyun Xu, Daewon Hong, Zhi Zhao, Rahul Dev Kundu, Xiaojia Shelly Zhang,
- Abstract要約: ソフトメタマテリアルは、ロボティクス、バイオメディカルデバイス、フレキシブルエレクトロニクスのための有望なプラットフォームを提供する。
本稿では,モジュール型軟質メタマテリアルにおける局所的変形のプログラマブル伝送を可能にする励起誘導設計フレームワークを提案する。
本手法は, モジュール状軟質メタマテリアルにおける局所的変形伝達の基本的な知見を提供する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.6524460254566904
- License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
- Abstract: Soft metamaterials provide a promising platform for robotics, biomedical devices, and flexible electronics. The localized mechanical responses by nonuniform excitation are ubiquitous in soft materials, yet their controlled transmission across assemblies remains largely overlooked in metamaterial design, which critically constrains nontrivial functionalities with end-to-end and long-range deformation transmission. Here, we introduce an impedance-guided design framework that enables programmable transmission of localized deformation in modular soft metamaterials, achieving behaviors unattainable by intuitive design. By establishing a nonlinear model considering position-dependent interactions and integrating the concept of mechanical impedance within metamaterials, we regulate assembly-level transmission solely through unit-cell topology optimization. The resulting framework enables effective synthesis of module families, allowing both homogeneous and heterogeneous assemblies to be custom-built with markedly enhanced transmission characteristics. Leveraging the highly combinatorial and extensible design space, we physically realize diverse on-demand displacement manipulation architectures, including obstacle-bypassing modular soft-metamaterial assemblies, defect-tolerant soft gripping, and embodied signal processing. Beyond deformation programming, the reconfigurability and reassemblability of these soft modules can embed electric logic signals, enabling energy-efficient and low-latency information processing through compliant-switch-controlled mechanical LED displays and wearable finger-motion-sensing controllers. Our method provides fundamental insights into localized deformation transmission in modular soft metamaterials and establishes a scalable route toward embodied-intelligence material systems, particularly for soft-metamaterial-centric actuation, sensing, and collective computing.
- Abstract（参考訳）: ソフトメタマテリアルは、ロボティクス、バイオメディカルデバイス、フレキシブルエレクトロニクスのための有望なプラットフォームを提供する。
非一様励起による局所的な機械的応答は軟質材料ではユビキタスであるが、その制御された集合体間の伝達はメタマテリアル設計においてほとんど見過ごされている。
本稿では,モジュール型軟質メタマテリアルにおける局所的変形をプログラムで伝達し,直感的設計では達成できない動作を実現する,インピーダンス誘導型設計フレームワークを提案する。
位置依存相互作用を考慮した非線形モデルを確立し、メタマテリアルに機械インピーダンスの概念を統合することにより、単セルトポロジ最適化のみで組立レベル伝送を規制する。
このフレームワークにより、モジュールファミリーを効果的に合成することができ、同質および異質のアセンブリの両方を、顕著に拡張された透過特性でカスタマイズすることができる。
高度に組み合わせて拡張可能な設計空間を活用することで、障害物バイパス型モジュール型軟質材料集合体、耐障害性軟質グリップ、エンボディ信号処理など、多様なオンデマンド変位操作アーキテクチャを実現する。
変形プログラミング以外にも、これらのソフトモジュールの再構成性と再組み立て性は、電気論理信号を埋め込むことができ、これに準拠したスウィッチ制御されたメカニカルLEDディスプレイとウェアラブルの指の動き検知コントローラを通じて、エネルギー効率と低レイテンシの情報処理を可能にする。
本手法は, 軟質メタマテリアルにおける局所的変形伝達の基本的な知見を提供し, 特に軟質メタマテリアル中心のアクチュエータ, センシング, 集合計算において, エンボディインテリジェンス材料システムへのスケーラブルな経路を確立する。
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