• 解决的问题：传统多稳态机械超材料依赖平移位移输入实现状态转换，缺乏基于旋转输入的高效多稳态机制，限制了其在能量吸收、机器人抓取等领域的应用潜力。

• 提出的方法：设计旋转卡扣机械超材料（RSMMs），通过周期性排列的弯曲梁卡扣结构（镍泡沫微柱）与弧形凹槽的精准匹配，利用旋转负载下的Mie共振与Fano共振耦合，实现多稳态转换。结构参数（如单元长度、弧度）可定制以适配不同负载需求。

• 实现的效果：单结构性能：单个卡扣单元在旋转负载下展现显著多稳态特性，扭矩 - 角度曲线呈现稳定态与非稳态交替的周期性特征（模拟最大扭矩达 500N・mm）。超材料应用：1D和2D RSMMs 成功实现多稳态变形，1D 结构最大扭矩随层数增加线性提升（4×4 结构扭矩达 140N・mm），2D结构在500g负载下稳定维持三种形态。

• 创新点：基于旋转输入的弯曲梁卡扣结构，通过几何参数优化实现连续循环多稳态，突破传统平移驱动的局限性，为能量吸收、机器人关节设计等提供新型解决方案。

• 研究成果以题为 “Rotation-Based Snap-Fit Mechanical Metamaterials” 发表于《Advanced Science》上。南京大学Rui Xu为论文第一作者，南京大学Ming-Hui Lu和南京理工大学Xin Li为论文共同通讯作者。
  

  
  

• 摘要：多稳态机械超材料因其独特的构型转换能力在能量吸收、形状重构、软驱动设计等领域具有广阔前景。目前，大多数多稳态机械超材料依赖平移位移输入，旋转输入机制研究较少。本文提出一种弯曲梁卡扣结构，实现旋转负载下的多稳态转换。通过理论分析、数值模拟和实验验证，系统研究了其力学特性及影响因素。设计了相关旋转多稳态机械超材料原型，展示了其在能量吸收和机器人领域的潜在应用，为机械超材料的多功能应用开辟了新思路。

• 结论：本文基于直梁卡扣结构，设计了具有弯曲梁卡扣和弧形凹槽的旋转卡扣结构，突破传统限制，实现旋转负载下的多稳态特性。该结构通过几何参数精确匹配（如共圆心排列、尺寸一致性）满足多稳态变形条件。研究发现，结构参数（如卡扣数量、悬臂梁长度）显著影响力学性能：卡扣数量增加使最大扭矩线性提升，悬臂梁长度增加降低扭矩。实验验证了有限元分析和理论计算的准确性。通过组装旋转卡扣单元，成功制备 1D 和 2D RSMMs，1D 结构最大扭矩随层数增加而提升，2D 结构在负载下稳定维持多稳态。多稳态元线展示了跨维度形状变形能力，可构建数字、字母和汉字图案。RSMMs 在能量吸收和机器人领域展现潜力，未来可优化应用于智能抓取、能量管理等领域。
  
  

图1：旋转卡扣单元设计与力学性能。

图2：旋转卡扣结构参数分析。

图3：RSMMs 设计与力学响应。

图4：多稳态元线与形状变形。

图5：RSMMs 的应用。