Forskere laver robotter af selvfoldende kirigami-materialer

Forskere har demonstreret, hvordan kirigami-inspirerede teknikker giver dem mulighed for at designe tynde plader af materiale, der automatisk rekonfigurerer til nye todimensionale (2-D) former og tredimensionelle (3-D) strukturer som reaktion på miljøstimuli. Forskerne skabte en række forskellige robotindretninger som et bevis på konceptet for tilgangen.

"Dette er det første tilfælde, vi kender til, hvor 2-D kirigami-mønstre autonomt omformer sig selv til distinkte 3-D-strukturer uden mekanisk input, " siger Jie Yin, en assisterende professor i mekanisk og rumfartsteknik ved North Carolina State University og tilsvarende forfatter til et papir om arbejdet. "I stedet, vi anvender energi i form af varme, og materialet omarrangerer sig selv."

Kirigami er en kunstform, hvor et enkelt stykke papir skæres og foldes for at skabe nye former og strukturer.

Det nye "aktive kirigami" koncept bygger på et trelags materiale, bestående af to ydre lag, der ikke reagerer på varme, og et polymerlag i midten, der trækker sig sammen som reaktion på varme. Materialets form og struktur styres på to måder. Gennemsnit, som penetrerer alle tre lag, kontrollere materialets bevægelsesområde. Ætsninger, som trænger ind i de ydre lag og blotlægger den varmefølsomme polymer, kontrollere vinklen og retningen, hvor materialet folder, samt hvor langt den folder. Når materialet foldes, det åbner gennemskæringerne, at skifte formen på arkene til 2-D eller 3-D designs.

Video, der illustrerer, hvordan aktiv kirigami virker, kan ses nedenfor:

"Vi kan lave en 2-D skabelon med det samme mønster af gennemskæringer og bruge den til at skabe mange forskellige 3-D strukturer ved at lave små ændringer i ætsningen, "Siger Yin." Dette gør de aktive kirigami -ark effektivt programmerbare. "

Som en del af deres proof of concept, forskere brugte deres kirigami -tilgang til at oprette en pakke med termoresponsive kirigami -maskiner, herunder enkle gribeanordninger og selvfoldelige kasser. Forskerne skabte også en blød robot med en kirigami-krop og pneumatiske ben. Ved at ændre kroppens orientering, forskerne kunne hurtigt flytte benene, ændring af robottens bevægelsesretning. Video af proof-of-concept-maskinerne:

"Vi brugte en temperaturfølsom polymer til dette arbejde, men der er ingen grund til at tro, at andre stimuli-responsive polymermaterialer - som fotoaktive flydende krystaller - ikke ville fungere så godt, " siger Yin. "Vi er spændte på at udforske den potentielle række af applikationer for disse programmerbare, aktive kirigami materialer."

Papiret, "Programmerbare aktive kirigami-metaark med mere frihed til aktivering, " vil blive offentliggjort i Proceedings of the National Academy of Sciences .