Origami inspirerer til forskning i materialer, der samler sig selv, når de udsættes for lys (m/ video)

Et forskerhold på flere universiteter ledet af North Carolina State University vil udvikle metoder til at skabe todimensionelle (2-D) materialer, der er i stand til at folde sig selv til tredimensionelle (3-D) objekter, når de udsættes for lys. Indsatsen, som er finansieret af et tilskud fra National Science Foundation (NSF), er inspireret af origami og har en bred vifte af potentielle anvendelser.

"Vi samler et mangfoldigt team af designere, ingeniører og matematikere for at fremme vores forståelse af, hvordan man manipulerer fotoresponsive materialer, " siger Dr. Jan Genzer, Celanese professor i kemisk og biomolekylær teknik ved NC State og den primære efterforsker under NSF-bevillingen. "Ultimativt, vi håber at udvikle nye teknikker, der har applikationer lige fra elektronik til højvolumenproduktion til levering af humanitær nødhjælp." NSF-bevillingen er på cirka 1,76 millioner dollars over fire år.

Specifikt, forskerne planlægger at bruge eksperimenter og beregningsmodeller til at evaluere foldningsprocessen for at udvikle nye multifunktionelle 3D-strukturer, der kan dannes hurtigt, mens de bevarer præcis kontrol over deres form. Fordi mønstrene vil være på 2-D materialer, processen skal være kompatibel med high-throughput mønsterteknikker, såsom rulle-til-rulle-mønster, der bruges i elektronikfremstilling.

Potentielle anvendelser omfatter udvikling af udfoldelige luftfolier, der kan bruges til luftdråber af humanitære forsyninger med større præcision; håndfri samling af elektronik i et "rent" miljø; eller forskellige emballerings- og fremstillingsprocesser.

Forskerholdet omfatter Genzer; Dr. Michael Dickey, en assisterende professor i kemisk og biomolekylær teknik ved NC State; Dr. Yong Zhu, en assisterende professor i mekanisk og rumfartsteknik ved NC State; Susan Brandeis, Distinguished Professor of Art and Design ved NC State; Dr. Alan Russell, fra Elon University, der har studeret origami i mere end 30 år; Emily Beck, fra Meredith College; og Dr. Rich Vaia, af Air Force Research Laboratory. Bevillingen vil også støtte fire til fem kandidatstuderende og post-doktorale forskningsmedarbejdere.

Forskningsindsatsen bygger på tidligere forskning fra NC State, som detaljerede en enkel måde at konvertere 2-D-mønstre til 3-D-objekter ved kun at bruge lys. I det arbejde, forskeren kørte forspændte plastikplader gennem en konventionel inkjetprinter for at printe dristige sorte streger på materialet. Materialet blev derefter skåret i et ønsket mønster og placeret under et infrarødt lys, såsom en varmelampe. Fordi de dristige sorte linjer absorberede mere energi end resten af ​​materialet, plastikken trak sig sammen – hvilket skabte et hængsel, der foldede arkene til 3D-former.

Tilskuddet finansieres gennem NSF's Office of Emerging Frontiers in Research and Innovation, og er delvist støttet af midler fra Air Force Office of Scientific Research.