Een multi-universitair onderzoeksteam onder leiding van de North Carolina State University gaat methoden ontwikkelen om tweedimensionale (2-D) materialen te maken die zichzelf kunnen vouwen tot driedimensionale (3-D) objecten wanneer ze worden blootgesteld aan licht. De moeite, die wordt gefinancierd door een subsidie ​​van de National Science Foundation (NSF), is geïnspireerd op origami en heeft een breed scala aan toepassingsmogelijkheden.

"We stellen een divers team van ontwerpers samen, ingenieurs en wiskundigen om ons begrip van het manipuleren van fotogevoelige materialen te vergroten, " zegt Dr. Jan Genzer, Celanese hoogleraar chemische en biomoleculaire engineering bij NC State en de primaire onderzoeker onder de NSF-subsidie. "Uiteindelijk, we hopen nieuwe technieken te ontwikkelen met toepassingen variërend van elektronica tot grootschalige productie tot het leveren van humanitaire hulp." De NSF-subsidie ​​​​is voor ongeveer $ 1,76 miljoen over vier jaar.

specifiek, de onderzoekers zijn van plan experimenten en rekenmodellen te gebruiken om het vouwproces te evalueren om nieuwe multifunctionele 3D-structuren te ontwikkelen die zich snel kunnen vormen met behoud van precieze controle over hun vorm. Omdat de patronen op 2D-materialen zijn, het proces moet compatibel zijn met high-throughput patroontechnieken, zoals roll-to-roll patronen die worden gebruikt bij de productie van elektronica.

Mogelijke toepassingen zijn onder meer de ontwikkeling van uitvouwbare luchtfolies die kunnen worden gebruikt voor het met grotere precisie luchtdroppen van humanitaire goederen; handsfree montage van elektronica in een "schone" omgeving; of verschillende verpakkings- en productieprocessen.

Het onderzoeksteam omvat Genzer; Dr. Michael Dickey, een assistent-professor chemische en biomoleculaire engineering bij NC State; Dr. Yong Zhu, een assistent-professor mechanische en ruimtevaarttechniek bij NC State; Susan Brandeïs, Distinguished Professor of Art and Design bij NC State; Dr. Alan Russell, van de Elon-universiteit, die meer dan 30 jaar origami heeft bestudeerd; Emilie Beck, van Meredith College; en Dr. Rich Vaia, van het onderzoekslaboratorium van de luchtmacht. De beurs ondersteunt ook vier tot vijf afgestudeerde studenten en postdoctorale onderzoeksmedewerkers.

De onderzoeksinspanning bouwt voort op eerder onderzoek van NC State, waarin een eenvoudige manier werd beschreven om 2D-patronen om te zetten in 3D-objecten met alleen licht. In dat werk, de onderzoeker liet voorgespannen plastic vellen door een conventionele inkjetprinter lopen om dikke zwarte lijnen op het materiaal te printen. Het materiaal werd vervolgens in een gewenst patroon gesneden en onder een infraroodlicht geplaatst, zoals een warmtelamp. Omdat de dikke zwarte lijnen meer energie absorbeerden dan de rest van het materiaal, het plastic trok samen - waardoor een scharnier ontstond dat de vellen in 3D-vormen vouwde.

De subsidie ​​wordt gefinancierd door NSF's Office of Emerging Frontiers in Research and Innovation, en wordt gedeeltelijk ondersteund door fondsen van het Air Force Office of Scientific Research.