Гарвардские исследователи создают программируемые метаматериалы с использованием киригами

• Новый фреймворк может программировать поверхности киригами, чтобы их можно было интегрировать в мягкую робототехнику.
• Этот метод открывает новые возможности для создания умных мягких скинов с мультимодальными функциями.

Киригами - это японское искусство вырезания из бумаги, которое включает в себя складывание, а затем умелое вырезание бумаги нужной формы. Готовый киригами просматривают, развернув бумагу. Простые киригами в основном симметричны, например пентаграммы или снежинки.

В последние годы ученые использовали это искусство для преобразования квадратов в круги, превращения 2D-форм в 3D-формы и даже для создания робота в виде змеи. Это только начало:в ближайшем будущем этот метод может найти множество применений.

Недавно исследователи из Гарвардского университета разработали структуру для программирования поверхностей киригами, чтобы эти структуры можно было использовать для носимых устройств, растягиваемой электроники, роботов, изменяющих форму, и многого другого.

Повышение функциональности материалов киригами

Метаматериалы киригами можно легко разрезать и преобразовать в сложную трехмерную конфигурацию при растяжении. Введение иерархии в структуры киригами дополнительно расширяет их функциональные возможности, поскольку обеспечивает большую растяжимость и более широкую настраиваемость запрещенных зон.

До сих пор исследования метаматериалов с иерархическим киригами были сосредоточены на плоской деформации толстых листов. В этой работе исследователи исследовали тонкие иерархические листы киригами и их поведение при продольном изгибе.

Ссылка:Расширенные функциональные материалы | DOI:10.1002 / adfm.201906711 | Гарвардский университет

Они использовали лазерную резку, чтобы разделить лист на серию коробок квадратной формы. Затем они разделили эти коробки на более мелкие квадраты, используя другой уровень разрезов.

И первый, и второй уровень разрезов реагируют (второй уровень разрезов добавляет более богатые наборы ответов), когда метаматериал растягивается.

Исследовательская группа обнаружила, что можно программировать механические метаматериалы, тщательно выбирая толщину листов и ширину разрезов на каждом уровне.

Чтобы продемонстрировать свои достижения, они растянули эти программируемые иерархические листы киригами, чтобы отобразить сообщение с надписью «I Love HU» и выявить определенные формы, такие как рождественская елка.

Таким образом, когда два или более иерархических паттерна смешиваются вместе, чтобы сформировать одну неоднородную поверхность, исследователи могут дополнительно настроить механический отклик и зашифровать данные и прочитать их посредством приложенной механической деформации.

Что дальше?

Техника, разработанная в этом исследовании, вносит свой вклад в область морфологических вычислений и программируемых метаматериалов. Это также открывает новые возможности для разработки умных мягких скинов с мультимодальными функциями.

Прочтите:15 различных типов роботов

Благодаря усиленному контролю механических свойств материала можно интегрировать иерархические поверхности киригами в мягкую робототехнику для создания интеллектуальных дисплеев, тактильных датчиков или оболочек, которые изменяют уровни трения в зависимости от окружающей среды.