Pesquisadores de Harvard constroem metamateriais programáveis ​​usando Kirigami

• A nova estrutura pode programar superfícies de kirigami para que possam ser integradas à robótica leve.
• A técnica abre novas portas para o design de peles macias inteligentes com funcionalidades multimodais.

Kirigami é uma arte japonesa de corte de papel, que envolve dobrar e, em seguida, cortar habilmente o papel no formato desejado. O kirigami acabado é visto desdobrando o papel. Os kirigamis simples são em sua maioria simétricos, como pentagramas ou flocos de neve.

Nos últimos anos, os cientistas usaram essa arte para transformar quadrados em círculos, transformar formas 2D em 3D e até desenvolver um robô inspirado em cobras. Este é apenas o começo:essa técnica pode ter uma variedade de aplicações em um futuro próximo.

Recentemente, pesquisadores da Universidade de Harvard desenvolveram uma estrutura para programar superfícies de kirigami para que essas estruturas possam ser usadas em dispositivos vestíveis, eletrônicos extensíveis, robôs que mudam de forma e muito mais.

Aumento das funcionalidades dos materiais Kirigami

Os metamateriais Kirigami podem ser facilmente cortados e transformados em configurações tridimensionais complexas durante o alongamento. A introdução da hierarquia nas estruturas kirigami aprimora ainda mais suas funcionalidades, pois permite maior elasticidade e sintonia mais ampla de bandgaps.

Até agora, os estudos sobre metamateriais hierárquicos de kirigami se concentraram na deformação no plano de folhas grossas. Neste trabalho, os pesquisadores exploraram finas folhas de kirigami hierárquicas e seu comportamento de flambagem fora do plano.

Referência:Materiais Funcionais Avançados | DOI:10.1002 / adfm.201906711 | Harvard University

Eles usaram o corte a laser para dividir a folha em uma série de caixas quadradas. Eles então subdividiram essas caixas em quadrados menores usando outro nível de cortes.

O primeiro e o segundo nível de cortes respondem (o segundo nível de cortes adiciona conjuntos mais ricos de respostas) quando o metamaterial é alongado.

A equipe de pesquisa descobriu que é possível programar metamateriais mecânicos escolhendo cuidadosamente a espessura das folhas e a largura dos cortes em cada nível.



Para demonstrar o que eles alcançaram, eles estenderam essas folhas de kirigami hierárquicas programáveis ​​para exibir uma mensagem que diz “Eu amo HU” e revelar certas formas, como uma árvore de Natal.



Em resumo, quando dois ou mais padrões hierárquicos são misturados para formar uma superfície heterogênea, os pesquisadores podem configurar ainda mais a resposta mecânica e criptografar dados e ler através da deformação mecânica aplicada.

O que vem a seguir?

A técnica desenvolvida neste estudo contribui para o campo dos cálculos morfológicos e dos metamateriais programáveis. Ele também abre novas portas para o design de peles macias inteligentes com funcionalidades multimodais.

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Com maior controle das propriedades mecânicas do material, é possível integrar superfícies de kirigami hierárquicas em robótica suave para construir telas inteligentes, sensores táteis ou películas que alteram os níveis de atrito com base no ambiente.