材料科学：形状変化メタマテリアルのための多段階自己誘導経路

一連の構造再構成からなる多段階経路は、天然や人工のさまざまな系の機能性の要である。そうした経路は、タンパク質の折りたたみや自己集合などの自己誘導過程において自律的に実行されるが、巨視的スケールの機械系における実行にはこれまで、例えばロボット工学ではアクチェーターによって、折り紙では手動で折りたたむことによって、外部から制御する必要があった。今回我々は、全体的な一様の圧縮に応答して自己誘導的に多段階再構成が起こる、巨視的スケールの形状変化する機械的メタマテリアルを実証する。我々は、外部制御の必要性を回避するために、受動部品だけからなるメタマテリアルを用いた。メタマテリアルの設計には、非線形機械要素と、メタマテリアルの要素間での内部自己接触の形成によって一連のトポロジカル再構成を可能にする多モード構造を併用した。こうしたメタマテリアルは、コンピューター制御によるフレキシブル材料のウォータージェット切断を用いることで実現され、非線形機械要素の合理的設計によって多段階経路と最終構成の制御が可能になった。また、自己接触によって経路におけるエラーが抑制されることも実証された。さらに、それぞれの再構成段階の数を拡張する階層構造を作製した。今回の研究は、機械的経路の一般的設計原理を確立するものであり、これにより、ストレッチャブルエレクトロニクスやソフトロボティクスの分野において自己折りたたみ媒体、多能性材料、プライアブル（曲げ可能な）デバイスへの新しい道が開かれるだろう。

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