Onderzoekers hebben aangetoond hoe op kirigami geïnspireerde technieken hen in staat stellen dunne vellen materiaal te ontwerpen die zich automatisch herconfigureren in nieuwe tweedimensionale (2-D) vormen en driedimensionale (3-D) structuren als reactie op omgevingsstimuli. De onderzoekers creëerden verschillende robotapparaten als proof of concept voor de aanpak.

"Dit is het eerste geval dat we kennen waarin 2-D kirigami-patronen zichzelf autonoom omvormen tot verschillende 3D-structuren zonder mechanische invoer, " zegt Jie Yin, een assistent-professor mechanische en ruimtevaarttechniek aan de North Carolina State University en corresponderende auteur van een paper over het werk. "In plaats daarvan, we passen energie toe in de vorm van warmte, en het materiaal herschikt zichzelf."

Kirigami is een kunstvorm waarbij een enkel stuk papier wordt gesneden en gevouwen om nieuwe vormen en structuren te creëren.

Het nieuwe "actieve kirigami"-concept is gebaseerd op een drielaags materiaal, bestaande uit twee buitenste lagen die niet reageren op warmte, en een polymeerlaag in het midden die samentrekt als reactie op warmte. De vorm en structuur van het materiaal worden op twee manieren gestuurd. Doorsneden, die alle drie de lagen doordringen, controle van het bewegingsbereik van het materiaal. etsen, die de buitenste lagen binnendringen en het warmtegevoelige polymeer blootleggen, regel de hoek en richting waarin het materiaal vouwt, evenals hoe ver het vouwt. Terwijl het materiaal vouwt, het opent de doorgangen, het verschuiven van de vorm van de platen in 2D- of 3D-ontwerpen.

Video die illustreert hoe actieve kirigami werkt, is hieronder te zien:

"We kunnen een 2D-sjabloon maken met hetzelfde patroon van doorsnijdingen en deze gebruiken om veel verschillende 3D-structuren te maken door kleine veranderingen in de ets aan te brengen, " zegt Yin. "Dit maakt de actieve kirigami-bladen effectief programmeerbaar."

Als onderdeel van hun proof of concept, onderzoekers gebruikten hun kirigami-aanpak om een ​​reeks thermoresponsieve kirigami-machines te creëren, inclusief eenvoudige grijpers en zelfvouwbare dozen. De onderzoekers creëerden ook een zachte robot met een kirigami-lichaam en pneumatische poten. Door de oriëntatie van het lichaam te veranderen, de onderzoekers konden de benen snel herpositioneren, het veranderen van de bewegingsrichting van de robot. Video van de proof-of-concept machines:

"We hebben voor dit werk een temperatuurgevoelig polymeer gebruikt, maar er is geen reden om aan te nemen dat andere, op stimuli reagerende polymeermaterialen, zoals fotoactieve vloeibare kristallen, niet zo goed zouden werken. " zegt Yin. "We zijn verheugd om het potentiële scala aan toepassingen voor deze programmeerbare, actieve kirigami-materialen."

De krant, "Programmeerbare actieve kirigami-metasheets met meer vrijheid van bediening, " zal worden gepubliceerd in de Proceedings van de National Academy of Sciences .