In this work, we investigate the use of pre-twisted metallic ribbons as building blocks for shape-changing structures. We manufacture these elements by twisting initially flat ribbons about their (lengthwise) centroidal axis into a helicoidal geometry, then thermoforming them to make this configuration a stress-free reference state. The helicoidal shape allows the ribbons to have preferred bending directions that vary throughout their length. These bending directions serve as compliant joints and enable several deployed and stowed configurations that are unachievable without pre-twist, provided that compaction does not induce material failure. We fabricate these ribbons using a bulk metallic glass (BMG), for its exceptional elasticity and thermoforming attributes. Combining numerical simulations, an analytical model based on a geometrically nonlinear plate theory and torsional experiments, we analyze the finite-twisting mechanics of various ribbon geometries. We find that, in ribbons with undulated edges, the twisting deformations can be better localized onto desired regions prior to thermoforming. Finally, we join multiple ribbons to create deployable systems with complex morphing attributes enabled by the intrinsic chirality of our twisted structural elements. Our work proposes a framework for creating fully metallic, yet compliant structures that may find application as elements for space structures and compliant robots.

在这项工作中，我们研究了将预扭曲的金属带用作变形结构的基础。我们通过将最初的扁平带绕其（纵向）质心轴扭曲成螺旋形几何形状，然后对其进行热成型以使这种配置成为无应力的参考状态来制造这些元件。螺旋形状使带具有优选的弯曲方向，该弯曲方向在其整个长度上都变化。这些弯曲方向可作为顺应关节，并能实现多种展开和收起的配置，只要压实不会引起材料损坏，这些配置就无需预加捻就无法实现。我们使用块状金属玻璃（BMG）来制造这些色带，因为它们具有出色的弹性和热成型特性。结合数值模拟，一个基于几何非线性板理论和扭转实验的分析模型，我们分析了各种碳带几何形状的有限扭转力学。我们发现，在具有起伏边缘的带中，扭曲变形可以在热成型之前更好地定位在所需区域上。最后，我们将多个功能区连接在一起，以创建具有复杂变形属性的可部署系统，这些属性由扭曲的结构元素的固有手性启用。我们的工作提出了一个框架，用于创建完全金属化但又顺应性的结构，这些结构可能会用作空间结构和顺应性机器人的元素。在热成型之前，扭曲变形可以更好地定位在所需区域上。最后，我们将多个功能区连接在一起，以创建具有复杂变形属性的可部署系统，这些属性由扭曲的结构元素的固有手性启用。我们的工作提出了一个框架，用于创建完全金属化但又顺应性的结构，这些结构可能会用作空间结构和顺应性机器人的元素。在热成型之前，扭曲变形可以更好地定位在所需区域上。最后，我们将多个功能区连接在一起，以创建具有复杂变形属性的可部署系统，这些属性由扭曲的结构元素的固有手性启用。我们的工作提出了一个框架，用于创建完全金属化但又顺应性的结构，这些结构可能会用作空间结构和顺应性机器人的元素。