Инженеры Гарварда пионерят программируемые киригами-метаматериалы для умной мягкой робототехники

Новая структура программирует поверхности киригами для интеграции в мягкую робототехнику

Техника открывает новые двери для проектирования умных мягких кож с мультимодальными функциями.

Киригами — японское искусство вырезания бумаги, включающее складывание и затем мастерское вырезание бумаги в желаемую форму. Готовая киригами рассматривается путем разворачивания бумаги. Простые киригами в основном симметричны, такие как пятиконечные звезды или снежинки.

В последние годы ученые использовали это искусство для превращения квадратов в круги, превращения 2D-форм в 3D и даже разработки змееподобного робота. Это только начало: эта техника может иметь множество применений в ближайшем будущем.

Недавно исследователи Гарвардского университета разработали структуру для программирования поверхностей киригами так, чтобы эти структуры могли использоваться для носимых устройств, растяжимой электроники, меняющих форму роботов и многого другого.

Повышение функциональности киригами-материалов

Киригами-метаматериалы могут быть легко вырезаны и преобразованы в сложные трехмерные конфигурации при растяжении. Введение иерархии в структуры киригами еще больше повышает их функциональность, так как это обеспечивает большую растяжимость и более широкую настройку запрещенных зон.

До сих пор исследования иерархических киригами-метаматериалов фокусировались на плоской деформации толстых листов. В этой работе исследователи исследовали тонкие иерархические листы киригами и их выходящий из плоскости выкрививающийся поведение.

Источник: Advanced Functional Materials | DOI:10.1002/adfm.201906711 | Harvard University

Они использовали лазерную резку для разделения листа на серию квадратных коробок. Затем они дальше подразделили эти коробки на меньшие квадраты, используя другой уровень разрезов.

И первый, и второй уровень разрезов реагируют (второй уровень разрезов добавляет более богатые наборы ответов) при растяжении метаматериала.

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

Чтобы продемонстрировать, чего они достигли, они растянули эти программируемые иерархические листы киригами, чтобы отобразить сообщение «I Love HU» и раскрыть определенные формы, такие как елка.

Подводя итог, когда два или более иерархических паттерна смешиваются для формирования одной гетерогенной поверхности, исследователи могут дальше конфигурировать механический ответ и шифровать данные в и считывать их через прикладную механическую деформацию.

Что дальше?

Техника, разработанная в этом исследовании, вносит вклад в область морфологических вычислений и программируемых метаматериалов. Она также открывает новые двери для проектирования умных мягких кож с мультимодальными функциями.

С повышенным контролем механических свойств материала возможно интегрировать иерархические поверхности киригами в мягкую робототехнику для создания умных дисплеев, тактильных сенсоров или кож, меняющих уровень трения в зависимости от среды.