Geometric reconfigurations in cellular structures have recently been exploited to realize adaptive materials with applications in mechanics, optics, and electronics. However, the achievable symmetry breakings and corresponding types of deformation and related functionalities have remained rather limited, mostly due to the fact that the macroscopic geometry of the structures is generally co-aligned with the molecular anisotropy of the constituent material. To address this limitation, cellular microstructures are fabricated out of liquid crystalline elastomers (LCEs) with an arbitrary, user-defined liquid crystal (LC) mesogen orientation encrypted by a weak magnetic field. This platform enables anisotropy to be programmed independently at the molecular and structural levels and the realization of unprecedented director-determined symmetry breakings in cellular materials, which are demonstrated by both finite element analyses and experiments. It is illustrated that the resulting mechanical reconfigurations can be harnessed to program microcellular materials with switchable and direction-dependent frictional properties and further exploit ”area-specific” deformation patterns to locally modulate transmitted light and precisely guide object movement. As such, the work provides a clear route to decouple anisotropy at the materials level from the directionality of the macroscopic cellular structure, which may lead to a new generation of smart and adaptive materials and devices.

中文翻译：

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控制细胞微结构中可编程各向异性变换的液晶方向

最近已经利用细胞结构中的几何重构来实现在力学、光学和电子学中应用的自适应材料。然而，可实现的对称性破坏和相应类型的变形和相关功能仍然相当有限，这主要是由于结构的宏观几何形状通常与组成材料的分子各向异性一致。为了解决这一限制，细胞微结构由液晶弹性体 (LCE) 制成，具有由弱磁场加密的任意、用户定义的液晶 (LC) 介晶方向。该平台使各向异性能够在分子和结构水平上独立编程，并在细胞材料中实现前所未有的导向器确定的对称性破坏，有限元分析和实验都证明了这一点。结果表明，由此产生的机械重构可用于对具有可切换和与方向相关的摩擦特性的微孔材料进行编程，并进一步利用“特定区域”的变形模式来局部调制透射光并精确引导物体运动。因此，这项工作为将材料水平的各向异性与宏观细胞结构的方向性解耦提供了一条清晰的途径，这可能会导致新一代智能和自适应材料和设备的出现。有限元分析和实验都证明了这一点。结果表明，由此产生的机械重构可用于对具有可切换和与方向相关的摩擦特性的微孔材料进行编程，并进一步利用“特定区域”的变形模式来局部调制透射光并精确引导物体运动。因此，这项工作为将材料水平的各向异性与宏观细胞结构的方向性解耦提供了一条清晰的途径，这可能会导致新一代智能和自适应材料和设备的出现。有限元分析和实验都证明了这一点。结果表明，由此产生的机械重构可用于对具有可切换和与方向相关的摩擦特性的微孔材料进行编程，并进一步利用“特定区域”的变形模式来局部调制透射光并精确引导物体运动。因此，这项工作为将材料水平的各向异性与宏观细胞结构的方向性解耦提供了一条清晰的途径，这可能会导致新一代智能和自适应材料和设备的出现。结果表明，由此产生的机械重构可用于对具有可切换和与方向相关的摩擦特性的微孔材料进行编程，并进一步利用“特定区域”的变形模式来局部调制透射光并精确引导物体运动。因此，这项工作为将材料水平的各向异性与宏观细胞结构的方向性解耦提供了一条清晰的途径，这可能会导致新一代智能和自适应材料和设备的出现。结果表明，由此产生的机械重构可用于对具有可切换和与方向相关的摩擦特性的微孔材料进行编程，并进一步利用“特定区域”的变形模式来局部调制透射光并精确引导物体运动。因此，这项工作为将材料水平的各向异性与宏观细胞结构的方向性解耦提供了一条清晰的途径，这可能会导致新一代智能和自适应材料和设备的出现。