Les chercheurs de Harvard créent des métamatériaux programmables à l'aide de Kirigami

• Le nouveau framework peut programmer des surfaces de kirigami afin qu'elles puissent être intégrées dans la robotique douce.
• La technique ouvre de nouvelles portes pour concevoir des peaux douces intelligentes avec des fonctionnalités multimodales.

Le kirigami est un art japonais du découpage du papier, qui consiste à plier puis à découper habilement le papier dans la forme souhaitée. Le kirigami fini est visualisé en dépliant le papier. Les kirigami simples sont pour la plupart symétriques, comme les pentagrammes ou les flocons de neige.

Ces dernières années, les scientifiques ont utilisé cet art pour transformer des carrés en cercles, transformer des formes 2D en formes 3D et même développer un robot inspiré des serpents. Ce n'est qu'un début :cette technique peut avoir de nombreuses applications dans un avenir proche.

Récemment, des chercheurs de l'Université Harvard ont développé un cadre pour programmer des surfaces de kirigami afin que ces structures puissent être utilisées pour des appareils portables, des appareils électroniques extensibles, des robots qui changent de forme, etc.

Augmentation des fonctionnalités des matériaux Kirigami

Les métamatériaux Kirigami peuvent être facilement coupés et transformés en configuration tridimensionnelle complexe lors de l'étirement. L'introduction d'une hiérarchie dans les structures de kirigami améliore encore leurs fonctionnalités car elle permet une plus grande extensibilité et une plus grande accordabilité des bandes interdites.

Jusqu'à présent, les études sur les métamatériaux hiérarchiques de kirigami se sont concentrées sur la déformation dans le plan de tôles épaisses. Dans ce travail, les chercheurs ont exploré de fines feuilles de kirigami hiérarchiques et leur comportement de flambage hors plan.

Référence :Matériaux fonctionnels avancés | DOI :10.1002/adfm.201906711 | Université Harvard

Ils ont utilisé la découpe au laser pour diviser la feuille en une série de boîtes de forme carrée. Ils ont ensuite subdivisé ces boîtes en carrés plus petits en utilisant un autre niveau de coupes.

Le premier et le deuxième niveau de coupes répondent (le deuxième niveau de coupes ajoute des ensembles de réponses plus riches) lorsque le métamatériau est étiré.

L'équipe de recherche a découvert qu'il est possible de programmer des métamatériaux mécaniques en choisissant soigneusement l'épaisseur des tôles et la largeur des coupes à chaque niveau.

Pour démontrer ce qu'ils ont réalisé, ils ont étiré ces feuilles de kirigami hiérarchiques programmables pour afficher un message qui se lit "I Love HU", et révéler certaines formes comme un arbre de Noël.

En résumé, lorsque deux ou plusieurs modèles hiérarchiques sont mélangés pour former une surface hétérogène, les chercheurs peuvent configurer davantage la réponse mécanique et crypter les données et lire à travers la déformation mécanique appliquée.

Quelle est la prochaine étape ?

La technique développée dans cette étude contribue au domaine des calculs morphologiques et des métamatériaux programmables. Il ouvre également de nouvelles portes pour concevoir des peaux douces intelligentes avec des fonctionnalités multimodales.

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Avec un contrôle accru des propriétés mécaniques du matériau, il est possible d'intégrer des surfaces de kirigami hiérarchiques dans la robotique douce pour créer des écrans intelligents, des capteurs tactiles ou des peaux qui modifient les niveaux de friction en fonction de l'environnement.