Muscular‐Skeletal System Inspired Morphing Air Vehicles Using 

Active MaterialsAFOSR 2016 BRI 4th Annual Program Review

University of Michigan, LeadStanford University

Texas A&M UniversityUniversity of British Columbia 

University of California, Los AngelesRoyal Veterinary College

University of Rome

With B P “Les” Lee as Program Manager

10:35 ‐11:05 Thursday 24 SEPT 2020

"(BRI'16) Avian‐Inspired Multifunctional Morphing Vehicles"PI: Daniel Inman (Univ. of Michigan)

"Principles of Avian Musculoskeletal Control for Multifunctional Morphing Vehicles"

PI: David Lentink (Stanford Univ.)

"Avian‐Inspired Morphing Air Vehicles: Underpinning Biological  Research"

PI: Richard Bomphrey (Royal Veterinary College)

"Fast Morphing Multi‐stable Structures Made from Shape Programmable Bio‐inspired Composites" 

PI: Giulia Lanzara (Univ. of Rome)

The Grants

Historical Perspective (how we got here)

• March 2014 Bidders Workshop (AFOSR), program cancelled• BRI program announced• June 2015 BRI 15 Kick‐off (AFRL, Dayton)

• funding delayed (awarded JAN 2016)

• May 2016 Kick Off Meeting (Michigan)• March 2017 BRI 1st Annual Review (Royal Vet College)• March 2018 BRI 2nd Annual Review (Stanford)• March 2019 BRI 3rd Annual Review (AFOSR, BRICC) 

2 January 2021

Integrity  Service  Excellence

Muscular‐Skeletal System Inspired Design of Morphing 

Structures Via Active Materials

DISTRIBUTION STATEMENT C: Distribution authorized to U.S. Government Agencies and their contractors Other requests for this document shall be referred to AFOSR/ST.

13 May 2016

B. L. (“Les”) Lee, ScDAFOSR/RTB2

“Avian Inspired Multifunctional  

Morphing Aerostructures”

A Team Effort

Sensing Network

Neuromorphic Network

Expandable sensor network on a wafer

BRI’16: FLY-BY-FEEL MORPHING STRUCTURES (U Michigan: Inman)

SMA torsional actuator with

internal channel

Serpentine shaped continuously morphing wing trailing edge

• Participating Institutions: U Michigan, Stanford U, Texas A&M, UBC, UCLA

• In Coordination with: Cornell U, U Col, U MD, ETH, RVC, U Bristol, U Oxford

• Dan Inman (U Michigan)• Fu‐Kuo Chang (Stanford U)• Yong Chen (UCLA)• Darren Hartl (Texas A&M)• Henry Sodano (U Michigan)• David Lentink (Stanford U)*• Douglas Altshuler (U British Columbia)*• Richard Bomphrey (Royal Veterinary College)*• Graham Taylor (U Oxford)*• Shane Windsor (U Bristol)• Giulia Lanzara (Univ. of Rome, Italy)

• Andre Studart (ETH)• Andres Arrieta Diaz (Purdue U)*

• Ray Baughman (U Texas Dallas)• Hugh Bruck (U Maryland)• Nikolaus Correll (U Colorado)• Robert Shepherd (Cornell U)

* Co‐funding with Bioscience or Structural Mechanics

Original BRI’16 & Other Programs in Coordination

Motivation• Avian flyers take on unique shapes when gliding• The shapes that birds morph into show distinct aerodynamic advantages

• Multifunctional composites enable structural members to change shape in interesting and novel ways

• Unique methods of computing and sensing approach avian fly by feel responses

• The goal is to research these ideas and then to combine the results to create more efficient, high performance UAVs

The Initial Hope: towards fly by feel

Sensor Network

State Awareness

Decision MakingControl 

Flow Characteristics

Neuromorphic calculation (Y Chen)Stretchable Sensors  FK Chang

Neuromorphic System (Y Chen)

Wing shapes, kinematics and dynamics from zoologists (Doug, David, Richard, ….)

Hardware: Sodano, Hartl, Inman

Inspirational aerodynamic shapes

Sodano, Hartl, Inman

The Initial Idea:

Testing and Measuring Gliding Birds Inventing UAVs that Fly by Feel

…understand how morphological and kinematic parameters of bird wings determine unsteadyaeromechanics and flight dynamics, and to use this information combined with advances in active materials, concepts of distributed actuation and sensing, structural integration and neuromorphic signal processing and control to build new concepts of morphing wings.

• What  are their aerodynamic shapes?• Why and how?• How do they respond to changes in flow

Bomphrey, UsherwoodLentinkAltshuler

• What multifunctional materials can be used?• How can active materials be printed?• What distributed sensing can be developed?• What neuromorphic processing can be implemented?• What can be learned through wind tunnel testing to

compliment avian studies• How would our results scale

Sodano, Inman, Chen, Chang, Hartl, Lanzara, Lacarbonara

Selected Year 1 Contributions• Use of high speed videography to antify avian wing morphing of different flight modes• EMG recordings from avian flight muscles during takeoff, forward flight, and landing• Preliminary work loop studies of the pectoralis major and humerotricpes muscles• Investigated avian use of rudderless yaw stability

• designed composite piezoelectric tail (MFC) assembly to emulate yaw

• Performed  CFD of spanwise trailing edge morphing • Examined stall recovery with trailing edge morphing

• Designed flexible sensor nodes vis CMOS fabrication • Implemented for state sensing and structural health monitoring

• Created 6‐bar bone‐muscle model of avian wing improving over the standard 4 bar model• Created transfer functions for feather motions• Tested live birds in steady glide, ground effect and perturbation (gusts)

• High speed video capture motion, digital motion analysis

• Developed the SNIC enabling the control of shape using real time learning via high speed computing• Designed, built and analyzed global morphing using multistable, shape memory polymer CF composites• Introduced the concept of using liquid metal to cool SMA via a Multiphysics concept

• Demonstrated an SMA control morphing wing design in a wind tunnel

Selected Year 1 Contributions Continued• Demonstration of Additively Manufactured piezoelectric polymers with high coupling.

• Developed models for piezoelectric nanocomposite

• Fabricated the first ever additively manufactured shape memory alloy (SMA) actuator driven by liquid metal (LM) energy circuits (surface channels)

• Performed first high‐fidelity computational analysis of cyclic speed increases of such SMA actuators

• Initiated rigorous scientific studies of LM/SMA corrosion and additively manufactured SMA surface roughness (interior and exterior)

• Designed and fabricated 4‐ft camber‐morphing owl wing

• Built a measurement apparatus for free‐flying birds

• Demonstrated that we could measure avian wing shape to ~1mm error on the surface. A self‐programming neuromorphic integrated circuit (SNIC), which  have a computing efficiency for learning seven orders higher than that of the Summit Supercomputer.

Selected Year 2 Contributions• Developed methods to characterize coupled changes in elbow and wrist angles across species with different wing shape and body mass

• Made and quantified flight photos of gliding gulls• Used gull cadavers to determine the transfer function between wing shape and joint angles• Prepared gull wings with different elbow angles and tested these in wind tunnel• Completed work loop measurements of the pectoralis and humerotricpes muscles• Examined scaling as a function of morphing• Examined yaw stability with horizontal tail• Developed SMA based tail expansion• Initial studies of global vs local morphing• Developed Synaptic Resistor (Synstor) for logic, memory and learning• Integrated SNIC with sensors and actuators illustrating real time learning• Measured the range of extension and flexion in wing morphing of gulls

• Examined over several species illustrating the effects of scale• Examined resulting pitch stability

• The lift force of a wing was measured in a wind tunnel with varied wind speeds, and wing shapes were optimized by SNIC via real‐time learning in the aerodynamic environment

Tunable performance: the resultant work generated can be manipulated by the phase between mechanical and thermal stimuli leading to an actuator, brake, or spring.

Selected Year 2 Contributions Continued• Scaled the manufacturing process to larger volumes to allow printing

• Demonstrated high strain actuation of piezoelectric polymers

• Characterize the piezoelectric properties of the piezoelectric polymer

• Validated the models for piezoelectric nanocomposites

• 1st Recording of aerodynamic work loop muscles 

• Created quiet wind tunnel and recorded 3D images of musculoskeletal morphing control

• Rigorously characterized the first additively manufactured SMA/LM actuator (surface channels)

• Realization of 3D printed feathers with correct density and stiffness

• Completed detailed and extended‐exposure LM/SMA corrosion studies

• Tested and fully controlled 4‐ft camber‐morphing owl wing

• Initiated effort on SMA ”muscle” cyclic work loops

• Developed software to segment and track the wings, tail, and body

• Found dramatic difference in wing posture, but preliminary results for wing morphing in‐plane or out‐of‐plane suggested subtler changes.

• Completed measurements of a vertical gust perturbation of the barn owl.

BicepsTPBTPL

Selected Year 3 Contributions• Performed phylogenetic analysis of joint angles across bird species• Measured joint angle changes in flight for zebra finches and pigeons• Made anatomical measurements of propatagial muscles in multiple bird species• Measured changes in feather stiffness of pigeons with changes in elbow angle• Examined pitch control using avian elbow and wrist motions• Modeled, designed, built and tested a fanning tail using SMA• Started fly‐by‐feel wing demonstrator (MFC based)• Modeled, designed, built and tested a self powered bistable morphing plate• • Received patent for dehydrofluorinated PVDF polymers• Developed alternative manufacturing process for high ‐phase PVDF using precipitation printing (Patent Filed)• Optimized the piezoelectric nanocomposites for sensing behavior using models and validated behavior• Discovered directional Velcro present, its presence across species and ability to stick feathers together during turbulence • Completed and published discovery of underactuated biohybrid wing morphing• Completed and published ability of birds to morph and steer with their fingers• Completed experimental effort on SMA ”muscle” cyclic work loops, demonstrating strong correlations with avian 

musculature response• Calibrated numerical models for replicating SMA cyclic muscle loop response• Designed, fabricated, and completed initial characterization of first SMA/LM actuator with internal vasculature

Year 3 Contributions Continued• Measured the wake behind 3 gliding birds 

• Discovered that the tail does not aid with longitudinal stability, and instead minimizes viscous drag

• Discovered that birds reject vertical gust perturbations to the head and torso using large rotational movements of the shoulder benefitted by the wings’ mass

• Demonstrated early prototype gliders with hinged wings for gust rejectionDesigned and implemented a carbon fiber morphing composite whose morphing capability relies on a novel “mechanical memory concept”. 

• The material design was improved to increase load‐bearing capability during morphing and morphing excursions

• A demonstration was also performed to show the capability of the carbon fiber composite of reconfigure into a radically different shape.

• The material is conceived as an array of pixels to allow local independent morphing

• Local morphing was demonstrated in static and dynamic regimes

• SNIC dynamic real‐time learning on morphing wing was completed, and the learning speed and accuracy of SNIC to optimize the  wing shape were superior to those of the human brain 

Inspiration from avian wing morphing: physiology and kinematics

Dou

glas

L. A

ltshu

ler,

Uni

vers

ity o

f Brit

ish

Col

umbi

a

Objectives• Use a combination of live birds and cadavers to 

identify musculoskeletal control parameters for the control of wing morphing

• Use isolated preparations to measure muscle control, force, and power

• Expand understanding of wing morphing by working with new avian species spanning a range of body mass 

Approachesin vivo free

Flight kinematicsin vivo muscle

activityskeletal motionfrom cadavers

in situmusclework loops

Achievements: control parameters for morphing

Achievements: work loops

Elbow flexion controls static pitch stability (Harvey et al. 2019)

Stimulus phase determines muscle functional role (Theriault et al. 2019)

Objective: Investigate the role of the tail in birdsBenefit: Drag reduction; morphing airframe manoeuvrability; tailless vehiclesMethods: Quantitative flow measurements and wake analysis; CFDAchievements: Discovery of the major role of viscous drag in tail posture

Objective: Investigate gust rejection by rapidly morphing wingsBenefit: Vehicle performance; gust tolerance; environmental energy harvesting Methods: Geometry; inertial dynamics model; CFD; prototype; IMU & 360° eagle camsAchievements: Discovery of instantaneous, passive, inertial suspension system

Royal Veterinary College (RVC)PI: RJ Bomphrey; JR Usherwood

Postdocs: JA Cheney; J Song

flight path

The importance of lift generation by the tail

Hinged‐wing gust rejection: 

measurement, models, and design

Avian wing shape& coordinated morphing

Moving forward(publishing / CFD / roll rejection & recovery)

Bomph

reyan

d Usherwoo

d, RVC

Wrist & finger limit bandwidth

Dynamic transfer function is stiffness dominated (f0 ≈ 50 Hz)

Chang et al.  Science Robotics [cover]

Wrist:

Finger:

→ Feathers:

N = 10 cycles

Discovery:Birds steer with fingers alone

David LentinkStanford University

Similarities between artificial and natural musclesMuscle characteristics: want to develop an artificial muscle (SMA-based) that has similar mechanical responses than natural muscles under cyclic stimuli

Tunable performance: the resultant work generated can be manipulated by the phase between mechanical and thermal stimuli leading to an actuator, brake, or spring.

Other similarities: Same volume power density

Strong phase dependency

Actuation frequencies of the same order

Darren Hartl

TAM

Accomplishment: Feather Aerodynamics• Motivation

• Currently aircraft use active control surfaces to mitigate unwanted aero effects. 

• Inspiration• Bird feathers passively unload aerodynamic forces

• Progress• Used fluid structure interaction via continuum models of printed feather

• Able to predict pre‐stall lift, drag and tip displacement

• Developed multimaterialmodel of feather to emulate avian properties with 3D printed feather

Importance provides concepts for passive morphing in UAVs

L. L. G

amble & D J Inman

 University

 of M

ichigan

Dynamic changing wind speed (S) in a wind tunnel

Smart Morphing WingA self‐programming neuromorphic integrated circuit (SNIC) based on synapticresistors (synstors) to control and optimize wing shapes via on‐site real‐time learningin dynamic changing environments.

Optimizing wing performance function (E) and lift force (F) by applying Va under varying wind speed.

Morphing Wing are controlled by voltage 

(Va) from SNIC

SNIC

Chris Shaffer, Cameron D. Danesh, Dhruva Nathan, Atharva Deo, Rahul Shenoy, Yong Chen, UCLALawren Gamble, Daniel Inman, UM

SNIC is optimized via real‐time leaning

Yong

 Che

n, UCLA

Fu‐Kuo Chang  Stanford

i‐FlyNet stall:

Accu

racy

99.7% val. acc.

i‐FlyNet state:

Accu

racy

89.8% val. acc.

Lift / DragAoA

AirspeedStall?Flutter?

XFlight objectives:L/D maximization

Stall / flutter avoidanceTurbulence recovery

Angle 

comman

d

Airspeed command

E

Wing morphing

Morphing commandAutonomous 

controller

i‐FlyNet

Advancements on i‐FLyNet flight state estimation algorithm• We have been building a deep learning model for estimating flight states of ab UAV wing using multi‐sensory 

data. These estimations constitute the high‐level inputs to an autonomous flight controller (Chen’s group) for advanced autonomous control

• We investigated signal pre‐processing techniques for improving accuracy. Observed that adapting a 2D ConvNetarchitecture on the signal that had undergone wavelet transformations  might yield better accuracy.  This technique will be studied more once we integrate inference on FBGA that has more computational power.

• We also fine‐tuned the model architecture and its hypeparameters to achieve 99.7% val. accuracy for binary stall estimation, and 89,9% val. Accuracy for 99‐class flight state {V∞, AoA} classification.

Piezoelectric Polymers Current Piezoelectric polymers must 

be drawn to achieve strong piezoelectricity

The drawing process makes 3D printing of piezoelectric polymers difficult and limits the ability to apply the technology in configurations other than films

3D Printed Piezoelectric Polymers Have demonstrated FDM of piezoelectric polymers 

Printing process has been applied to the realization of morphing wings  Polymer exhibits the highest reported g‐coefficient of any piezoelectric material

PLANNED RESEARCH & GOALS Integrate electrode printing and polymer into a single process Requires high actuation field which can be challenging to fabricate Investigate methods to stack polymers to decrease electric field Develop and test 3D printed feathers with embedded sensing for aerodynamic measurements

STAT

US  QUO   

MAIN ACH

IEVE

MEN

TSEN

D‐OF‐PH

ASE GOAL   

MAIN ACHIEVEMENTS:Polymeric Actuators Have demonstrated the printing of interdigitated electrodes to increase the electromechanical coupling of the printed structures Large actuation strains (>3%) have been achieved which are comparable to electrostrictive materials

Printed Nanocomposites Piezoelectric nanocomposites can can be printed using nanowires to achieve higher coupling coefficients.   We have demonstrated the synthesis and preparation of nanocomposite filaments using BZT‐BCT single crystal nanowires

Precipitation Printing• We have developed a new process of solution‐based printing to enable the rapid printing of structures

• Process is rapid and enable high dimensional accuracy enabling the realization of fine features

Avian Inspired Morphing Aircraft Henry Sodano (Aerospace, UM), Grant: FA9550‐16‐1‐0087 

NEW INSIGHTS:

Piezoelectric Polymers with High Coupling

Piezoelectric polymers with the highest ever reported strain and sensing coefficient identified Polymer exhibits high breakdown strength Ferroelectric Beta‐Phase can be obtained without drawing enabling 3D printed piezoelectric polymers

Morphing Composites Morphing carbon fiber composites

can only be achieved through bi‐stability or shape memory resins andonly at the global level while localmorphing capability is desirable.

Weakness of bi‐stable composites:small morphing excursions, total lossof load‐bearing capability duringsnapping, uncontrollable morphingspeed (ultra‐fast), vibrations aftersnapping, low‐load bearing capacitywhen morphing is not needed (higherloads cause snapping!), snappingachievable only through externalactuation.

Weaknesses of shape memorycomposites: slow actuation capability,loss of load‐bearing capability.

Composites with multiscale morphing capability  Engineer a Bat’s inspired activecomposite capable of providing radicalreconfigurability, local/globalmorphing, increased load bearingcapability, higher snap‐throughamplitudes at controlled speeds.

A network of distributed piezoelectricwires allows the achievement of localdynamic morphing that takesadvantage of parametric resonanceamplification

PLANNED RESEARCH & GOALS Complete experimental validation of parametric resonance local morphing Complete publications in archival journals Seeding follow‐up concepts learning from the outcomes of this project.

STAT

US  QUO   

OBJECTIVE

END‐OF‐PH

ASE GOAL   

MAIN ACHIEVEMENTS:Mechanical Memory Designed and implemented a carbon fiber morphing composite whose morphing capability relies on a novel “mechanical memory concept”. 

Towards: reconfigurability & load‐bearing capability The material design was improved to increase load‐bearing capability during morphing and morphing excursions

A demonstration was also performed to show the capability of the carbon fiber composite to reconfigure into a radically different shape.

Local Morphing through material pixelling and parametric resonance• The material is conceived as an array of pixels to allow local independent morphing 

• Local morphing was demonstrated in a static and dynamic regime 

Highly Reconfigurable, Multistable Composite with Tunable Morphing CapabilityGiulia Lanzara  (Univ. of RomaTre) & Walter Lacarbonara (Sapienza Univ. of Rome)Grant: FA9550‐17‐1‐0014

NEW INSIGHTS:

Multi‐scale morphing by exploitingunconventional mechanisms

Use for the first time internal stresses tocyclically morph carbon fiber compositeswithout the use of a shape memory matrix Improved load‐bearing and reconfigurabilityduring composite morphing Couple for the first time piezoelectricity andparametric resonance for dynamic morphing.This, combined with a unique array ofpiezoelectric wires leads to unprecedentedlocal morphing.

Collective Complishments to Dateby the number

• 55 journal articles published• 9 PhD students graduated• 110 presentations made • 9 collaborations with AFRL• 18 collaborations between BRI PIs• 40 conference papers• 3 Patents

1. Defense Enterprise Science Initiative ‘19: “Super‐maneuverableAutonomous Pursuit: Peregrine Falcon vs Pigeon Inspired UAVs”• Set up by Dr. Jean‐Luc Cambier who was aware of the BRI activity• Up next at 16:00 EST, David Lentink as PI

2. Joint NSF/AFOSR Emerging Frontiers in Research and Innovation: Soft Robotics: “Integration of Avian Flight Control Strategies with Self Adaptive Structures for Stable Flight in Unknown Flows”• PIs: D Inman, H Sodano, B. Tobalske

BRI’S Inspired Spin Offs

3. MURI’ 19: “Neuromorphic Networks for Multifunctional Intelligent Systems”

Les Lee as PMY. Chen as PIA direct outgrowth of Chen’s activities in the BRIThis program will be summarized in tomorrow’s session starting at 10:30 EST

BRI’S Inspired Spin Offs

The Way Forward• Let’s have a good discussion at the end of today’s presentations• Add closed loop control to the fly‐by‐feel demonstrator for both the static and dynamic case

• Wind tunnel validation of Sodano’s 3D printed feather with built in strain sensing

• Develop intelligent morphing wing with 4D morphology, embedded sensing and self programmed nueromorphic circuits.

• Complete details of the fly‐by‐feel demonstrator 

• Design and implement a turbulence generator form the fly‐by‐feel demonstrator 

• Add strain gauges for development of shape estimates

• Development of prosthetic wings with printed feathers

• Correlate measured response with aerodynamic conditions

• Research bio inspired liquid metal energy circuits

• System integration of artificial muscles and validation of numerical results

• Complete experimental validation of parametric morphing

• Seeding of follow up concepts• Examination of two joint muscles in avian morphing control

• Translation of avian tail drag manipulation to low speed UAVs.

• Development of dynamic CFD and high fidelity physical models for passive, inertial suspension response 

Publications Resulting from this BRI1. Deetjen, M. E*, Chin, D.D., Lentink, D.* The aerodynamic force platform as an ergometer. (submitted to J. Exp. Biol.; in press).

2. Chang, E., Matloff, L.Y., Stowers, A.K., Lentink, D.* (2020) Soft biohybrid morphing wings with feathers underactuated by wrist and finger motion. Science Robotics, 5, eaay1246. [Cover article special issue on Bioinspired & Biohybrid Robotics]

3. Matloff, L.Y., Chang, E., Feo, T.J, Jeffries, L., Stowers, A.K., Thomson, C., Lentink, D.* (2020) How flight feathers stick together to form a continuous morphing wing. Science, 367, 291 – 297. [Featured by AAAS together with Science Robotics paper]

4. Stowers, A.K.*, Matloff, L.Y., Lentink D.* (2017). How pigeons couple elbow and wrist motion to morph their wings. J. Roy. Soc. Interface. 1; 14(133): 20170224.

5. Chin, D.D., Matloff, L.Y., Stowers, A.K.*, Tucci, E.R., Lentink, D. (2017). Inspiration for wing design: How forelimb specialization enables active flight in vertebrates. J. Roy. Soc. Interface 1; 14(131): 20170240. [JRSI Headline review]

6. Lee, A. J., Xie, A. and Inman, D. J., 2020, “Suppression of Cross‐Well Oscillations for Bistable Composites Through Potential Well Elimination”, ASME Journal of Vibration and Acoustics, Vol. 142, DOI: 10.1115/1.4046123. 

7. Sales, T. P., Rade, D.A., and Inman, D. J., "A Morphing Metastructure Concept Combining Shape Memory Alloy Wires and Permanent Magnets for Multistable Behavior", Journal of the Brazilian Society of Mechanical Sciences and Engineering, 42, 122 (2020). https://doi.org/10.1007/s40430‐020‐2202‐0

8. Lee, A. J., and Inman, D. J., 2019, "Electromechanical Modelling of a Bistable Plate with Macro Fiber Composites under Nonlinear Vibrations", Journal of Vibration and Acoustic, Volume 446, April 2019, Pages 326‐342

9. Lee, A. J. and Inman, D. J., 2018, “Snap‐Through Morphing Enabled by Broadband Energy Harvesting,” Journal of Intelligent Material Systems and Structures, Vol. 29, No. 11, pp. 2528‐2543.

10. Gamble, L. L. and Inman, D. J., 2018, “A Tale of Two Tails: Developing an Avian Inspired Morphing Actuator for Yaw Control and Stability,” Bioinspiration & Biomimetics, Vol. 13, No. 2, p. 026008.

11. Gamble, L.L. and Inman, D.J., 2017, “Yaw Control of a Smart Morphing Tailless Aircraft Concept”, Advances in Science and Technology, Vol. 101, pp. 127‐132.

12. Lee, A. J., Moosavian, A. and Inman, D. J., 2017, “Control and Characterization of a Bistable Laminate Generated with Piezoelectricity”, Smart Materials and Structures, Vol. 26, 15 pages.

13. Gamble, L.L., Pankonien, A.M. and Inman, D.J., 2017. “Stall Recovery of a Morphing Wing via Extended Nonlinear Lifting‐Line Theory”, AIAA Journal, Vol. 55, No. 9, pp. 2956‐2963.

14. Gamble, L. L. and Inman, D. J., 2017, "Why Morphology Matters in Birds and UAV's: How Scale Affects Attitude Wind Sensitivity", Applied Physics Letters, Vol. 111, No. 20, 203701, https://doi.org/10.1063/1.4997790.

15. Lee, A. J., Moosavian, K. and Inman, D. J., 2017 "A Piezoelectrically Generated Bistable Laminate for Morphing", Materials Letters, Vol. 190, pp. 123‐126. 

16. Moosavian, A., Sun, C.Z.J., Xi, F.J. and Inman, D.J., 2017. Dimensional Synthesis of a MultiLoop Linkage With Single Input Using Parameterized Curves. Journal of Mechanisms and Robotics, 9(2), p.021007.

Publications continued17. Skandalis, D. A., Segre, P. S., Bahlman, J. W., Groom, D. J. E., Jr, K. C. W., Witt, C. C., McGuire, J. A., Dudley, R., Lentink, D., and Altshuler, D. L. (2017). The biomechanical origin of extreme wing allometry in hummingbirds. Nature Communications, 8, 1047.

18. Harvey, C., Baliga, V. B., Lavoie, P., and Altshuler, D. L. (2019). Wing morphing allows gulls to modulate static pitch stability during gliding. Journal of The Royal Society Interface, 16, 20180641.

19. Theriault, J. S., Bahlman, J. W., Shadwick, R. E., and Altshuler, D. L. (2019). Work loop dynamics of the pigeon (Columba livia) humerotriceps demonstrate potentially diverse roles for active wing morphing. Journal of Experimental Biology, 222, jeb195578.

20. Baliga, V. B., Szabo, I., and Altshuler, D. L. (2019). Range of motion in the avian wing is strongly associated with flight behavior and body mass. Science Advances, 5, eaaw6670. D. Hartl, J. Mingear, B. Bielefeldt, J. Rohmer, J. Zamarripa, A. Elwany, High Frequency Shape Memory Alloy Actuators Incorporating Liquid Metal Energy Circuits, Shape Memory and Superelasticity, Vol 3, No. 4, pp. 457–466, 2017 (winner of the ASME Ephrahim Garcia Best Paper Award).

21. P. Camara Leal, M. Savi, D. Hartl, Optimization of Shape Memory Alloy‐based Morphing Wing Using Class/Shape Transformations, Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part G, Journal of Aerospace Engineering, Vol. 232, No. 15, pp. 2745–2759, 2018. 

22. P. Camara Leal, D. Hartl, Structurally Consistent Class/Shape Transformation Equations for Morphing Airfoils, AIAA Journal of Aircraft, Vol. 56, No. 2, 2018.

23. J. Mingear, B. Zhang, D. Hartl, and A. Elwany, Effect of Process Parameters and Electropolishing on the Surface Roughness of Interior Channels in Additively Manufactured Nickel‐ Titanium Shape Memory Alloy Actuators, Additive Manufacturing, Vol. 27, pp. 565–575, 2019. 

24. J. Mingear and D. Hartl, Liquid Metal‐Induced Corrosion of Nickel‐Titanium Alloys by Gallium Alloys for Liquid Metal‐Enabled Shape Memory Applications, Corrosion Science, Vol. 167, 2020.

25. J. Mingear, D. Hartl, Z. Farrell, and C. Tabor, Gallium‐Indium Nanoparticles as Phase Change Material Additives for Tunable Thermal Fluids, Small (submitted, in review), 2020.

26. B. Bielefeldt, E. Akleman, G. Reich, P. Beran, D. Hartl, L‐System‐Generated Mecha‐ nism Topology Optimization Using Graph‐Based Interpretation, Journal of Mechanisms and Robotics, Vol. 11, No. 2, 2019. 

27. B. Bielefeldt, P. Beran, G. Reich, D. Hartl, Development and Validation of a Genetic L‐ System Programming Framework for Topology Optimization of Multifunctional Structures, Computers and Structures, Vol. 218, pp. 152–169, 2019. 

28. Usherwood JR, et al. “High aerodynamic lift from the tail reduces drag in gliding raptors”, Journal of Experimental Biology 223 (3) 5 2020.

29. Cheney JA, et al., “Bird wings act as a suspension system that rejects gusts” in revision at Proceedings of the Royal Society: B, 2020

30. Song J, et al., “Virtual manipulation of bird tail postures demonstrates drag minimisation when gliding” in revision at PLoS Computational Biology, Pre‐print available at bioRxiv, 2020

31. Cheney JA, et al., “From wing shape to fluid dynamics in the barn owl (Tyto alba)” Pre‐print available at bioRxiv, 2020

32. Song, J, et al.,”Fly low: The ground effect of a barn owl (Tyto alba) in gliding flight” Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part C, 2020 åC. 

33. D. Danesh, C. M. Shaffer, D. Nathan, R. Shenoy, A. Tudor, M. Tadayon, Y. Lin, Y. Chen, Adv Mater 2019, 31, 1808032.

34. C. Shaffer et al Synaptic resistor circuit for intelligent morphing wing.