近期，北京大学工学院段慧玲教授课题组在折纸/剪纸结构多模态变体及功能化设计方面取得重要进展，相关研究工作发表在《J. Mech. Phys. Solids》《Proc. R. Soc. A-Math. Phys. Eng. Sci.》和《Soft Robot.》等国际主流期刊上。

　　以折纸/剪纸结构为代表的多模态变体结构具有变换可控、构型多样、可设计性强等优点，是可重构空间天线、变体机器人等领域的核心问题，也是极具挑战的关键技术所在。在折纸变体结构的非线性力学行为方面，通过交叉折叠纸带的方法构建了一种折纸弹簧结构，揭示了其拉扭耦合变体机理，并对其非线性力学特性进行了分析和优化。基于拉扭耦合变体行为和非线性力学响应特性，设计制备了多款具有弹射、爬行以及变体等功能的折纸弹簧机器人。相关研究成果发表于软体机器人领域顶级期刊《Soft Robot.》。进一步提出了一种双稳态的锥形折纸结构，并建立了分析其非线性大变形行为的等效力学模型，揭示了其变体过程中的能量转化机制。基于该模型，设计出能够拟合给定旋转对称曲面的折纸结构，具有多个可以相互转换的稳态构型。相关研究成果发表于英国皇家学会会刊《Proc. R. Soc. A-Math. Phys. Eng. Sci.》。

　　在粘接失效过程的非线性力学行为方面，基于界面剪纸结构设计，提出了在宏观尺度下借助三维本体能量耗散实现水凝胶可控粘接的设计方法（图13(a)）；利用几何非线性和材料的大变形行为，建立了可以准确预测粘接力峰值的理论模型（图13(b)）；利用超弹性材料本构对剪纸结构的界面失效过程进行了有限元分析（图13(c)），并采用多层级图案化设计方法优化了软材料的界面粘接强度和粘接能。相关研究成果发表于《J. Mech. Phys. Solids》。

图13：(a) 软材料剪纸结构可控粘接设计方法；(b)界面失效过程中材料刚度变化时粘接峰值力与几何参数的关系；(c) 非线性材料本构描述的界面失效有限元分析。