Programmable 2D to 3D Shape Morphing of Homogeneous Alginate Hydrogels Enabled by Laser Engraving and Data‐Driven Prediction

变形 自愈水凝胶 材料科学 软机器人 雕刻 曲率 纳米技术 制作 平面的 激光器 智能材料 基质(水族馆) 刚度 各向同性 计算机科学 转化(遗传学) 曲率半径 复合材料 压延 荫罩 变形(气象学) 形状记忆合金 光热效应 光学 双层 壳体(结构) 微技术 同种类的 纵横比(航空) 蚀刻(微加工) 生物系统 立体光刻 3D打印
作者
Shi Hui Cheng,Guo Liang Goh,Samuel Lee,Jia Min Lee,Xi Huang,Ernest Cheah,Hwee Ki Heng,Guo Dong Goh,Wai Yee Yeong
出处
期刊:Advanced materials and technologies [Wiley]
标识
DOI:10.1002/admt.71363
摘要

ABSTRACT Shape morphing in hydrogels has attracted significant interest for soft robotics, biomedical devices, tissue engineering, and biomimetic systems, where programmable structural transformation is essential. Such behaviour typically arises from differential strain within the material, and conventional strategies rely on multilayer or rigid–soft bilayer architectures to induce mismatch‐driven deformation. Although effective, these require precise assembly, careful interfacial control, and complex fabrication to prevent delamination. Here, a laser‐engraving strategy achieves programmable shape transformation in a single homogeneous stimuli‐responsive sodium alginate–poly(vinyl alcohol) (SA–PVA) hydrogel. Micro‐scale grooves are patterned onto a planar dehydrated substrate in one maskless carbon dioxide (CO 2 ) laser step. Subsequent ionic crosslinking drives spatially asymmetric swelling within the patterned regions, modulated by the accompanying geometric stiffness contrast, generating controlled three‐dimensional morphing from an initially flat sheet. Because the resulting calcium‐alginate network is water‐insoluble, the morphed geometry is retained. This eliminates multilayer assembly while enabling localized programming of deformation, providing a simplified, scalable route to morphable hydrogel systems. To accelerate design, a physics‐informed machine learning surrogate is trained on synthetic data from a Timoshenko‐based curvature pipeline. Complementing analytical theory, it predicts full‐field three‐dimensional morphologies from arbitrary two‐dimensional engraved patterns, enabling data‐driven forward and inverse design of programmable hydrogel actuators.

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
yy发布了新的文献求助30
刚刚
大魁完成签到,获得积分10
1秒前
1秒前
深情安青的应助被cjhus采纳,获得10
1秒前
王一g完成签到,获得积分0
3秒前
狂野冬寒发布了新的文献求助10
4秒前
狂野冬寒发布了新的文献求助10
4秒前
狂野冬寒发布了新的文献求助10
4秒前
狂野冬寒发布了新的文献求助10
4秒前
ccc发布了新的文献求助10
4秒前
雪白雁兰完成签到 ,获得积分10
5秒前
一二发布了新的文献求助10
6秒前
7秒前
典雅胜完成签到,获得积分10
7秒前
狂野冬寒发布了新的文献求助10
7秒前
科研通AI6.2的应助被yy采纳,获得10
9秒前
彭于晏的应助被段清棠采纳,获得10
9秒前
传奇3的应助被张张采纳,获得10
9秒前
cjhus完成签到,获得积分20
10秒前
11秒前
WH完成签到,获得积分10
11秒前
学术蝗虫完成签到,获得积分10
12秒前
13秒前
13秒前
星辰大海的应助被618hii采纳,获得10
13秒前
yuko完成签到 ,获得积分10
14秒前
AIOUR完成签到,获得积分10
15秒前
田様的应助被zhangxu采纳,获得10
15秒前
molihuakai的应助被牛奶牛奶采纳,获得10
15秒前
16秒前
Alex完成签到,获得积分0
16秒前
noting完成签到,获得积分10
18秒前
jie完成签到,获得积分20
18秒前
momo完成签到,获得积分10
19秒前
kongfanyu完成签到,获得积分10
19秒前
许七安完成签到,获得积分10
19秒前
qixian完成签到,获得积分10
19秒前
19秒前
20秒前
自信的竹员外完成签到,获得积分10
20秒前
高分求助中
(应助此贴封号)【重要!!请各用户(尤其是新用户)详细阅读】【科研通的精品贴汇总】 10000
拉伸高分子熔体中缠结行为的模拟和小角中子散射研究 1080
Encyclopedia of Modern Artificial Intelligence 1000
Особенности технологий и методов информационно-психологических войн СССР с Великобританией и США в период 1939-1953 гг 1000
Das Matthäusevangelium: Kapitel 1:1–17 1000
Analyses de reconnaissances de dettes passées devant les échevins d'Ypres (1249-1291) 600
Cellulose and Cellulose Derivatives: Synthesis, Modification and Applications 600
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 纳米技术 计算机科学 工程类 有机化学 化学工程 生物化学 物理 复合材料 内科学 催化作用 光电子学 人工智能 细胞生物学 无机化学 物理化学 数学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 8143466
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 9542916
关于积分的说明 21654647
捐赠科研通 7728841
什么是DOI,文献DOI怎么找? 3422053
关于科研通互助平台的介绍 2547395
邀请新用户注册赠送积分活动 2464899