中國燈籠的結構有十幾種形狀，適合不同的用途。

研究人員創造了一種聚合物“中國燈籠”，通過擠壓或扭曲原始結構，它可以呈現出十幾種彎曲的三維形狀。這種形狀的快速變化可以使用磁場進行遠程控制，從而使該結構能夠用於多種目的。

相應的研究文章“通過存儲彈性能量在獨立帶簇元單元中進行可重新編程的點擊形態發生”發表在該雜誌上 天然材料。

該論文的共同作者是周才智和慶海濤，他們都是博士生。北卡羅來納州立大學學生；和銀鼎池，前博士。北卡羅來納州立大學的學生，現在是賓夕法尼亞大學的研究助理。

基本的燈籠物體是通過將一片聚合物切割成菱形平行四邊形，然後沿著每片聚合物的中心切割一系列平行線來創建的。這會創建一系列相同的條帶，通過板材頂部和底部的連續材料條帶連接。通過連接頂部和底部實心條的左右端，聚合物片形成類似於大致球形的中國燈籠的三維形狀。

“這個基本形狀本身是雙穩態的，”該研究論文的作者、北卡羅來納州立大學機械與航空航天工程教授尹傑說。 “換句話來說，它有兩種穩定的形式。它的燈籠形式當然是穩定的。但是如果你壓縮結構，從上到下按壓，它就會開始慢慢變形，直到達到臨界點，此時它會突然變成第二種穩定的形狀，讓人想起頂部。

“在旋轉陀螺的形狀中，該設計保留了用於壓縮它的所有能量。因此，一旦開始拉動該結構，就會達到所有能量立即釋放的程度，使其很快恢復到燈籠形狀。”

“我們發現，通過改變形狀、向內或向外折疊燈籠頂部或底部的實心條，或者使用這些東西的任意組合，我們可以創造出許多額外的形狀，”該論文的第一作者、前博士姚野洪說。北卡羅來納州立大學的學生，現在是賓夕法尼亞大學的研究助理。

“這些選項中的每一個都是多穩態的。其中一些可以在兩種穩定狀態之間切換。其中一種有四種穩定狀態，具體取決於您是壓縮結構、扭曲結構還是同時壓縮和扭曲結構。”

通過將磁性薄膜附著在結構底部的實心條上，研究人員能夠利用磁場遠程壓縮或扭曲結構。然後，他們演示了幾種在兩個穩定形狀之間使用綁定的應用程序。這些應用包括非侵入性魚類捕獲；打開和關閉以控制水流的過濾器；一個緊湊的形狀迅速膨脹為一個高大的形狀，露出一個塌陷的管子。

研究人員還開發了一個數學模型，可以捕捉結構的不同角度如何控制每次變化的形狀以及每個穩定狀態下存儲的能量。

“這個模型使我們能夠對想要創建的形狀、它的穩定性以及存儲的勢能轉化為動能時的威力進行編程，”洪說。 “所有這些對於創建能夠執行所需任務的表單都至關重要。”

“未來，這些燈可以組裝成 2D 和 3D 架構，廣泛應用於機械超材料轉換和機器人領域，”Yin 說。 “我們會研究這個。”