Ingénieurs Harvard pionniers métamatériaux kirigami programmables pour robotique souple intelligente

Le nouveau cadre peut programmer les surfaces kirigami pour qu'elles puissent être intégrées dans la robotique souple. La technique ouvre de nouvelles portes pour la conception de peaux souples intelligentes aux fonctionnalités multimodales.

Le kirigami est un art japonais de découpage de papier, qui implique de plier puis de couper habilement le papier dans la forme désirée. Le kirigami fini est vu en dépliant le papier. Les kirigami simples sont mostly 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 3D, et même développer un robot inspiré du serpent. Ce n'est que le début : cette technique peut avoir une variété d'applications dans un avenir proche.

Récemment, des chercheurs de l'Université Harvard ont développé un cadre pour programmer les surfaces kirigami pour que ces structures puissent être utilisées pour des dispositifs portables, l'électronique extensible, les robots changeant de forme, et plus.

Augmentation des fonctionnalités des matériaux kirigami

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

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

Référence : Advanced Functional Materials | DOI:10.1002/adfm.201906711 | Université Harvard

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

Les premier et second niveaux de coupes répondent (le second 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 feuilles et la largeur des coupes à chaque niveau.

Pour démontrer ce qu'ils ont réalisé, ils ont étiré ces feuilles kirigami hiérarchiques programmables pour afficher un message qui dit « I Love HU », et révéler certaines formes comme un sapin de Noël.

En résumé, quand deux ou plusieurs motifs hiérarchiques sont mélangés pour former une surface hétérogène, les chercheurs peuvent configurer davantage la réponse mécanique et chiffrer des données dans et lire à travers la déformation mécanique appliquée.

Quelle suite ?

La technique développée dans cette étude contribue au domaine des calculs morphologiques et des métamatériaux programmables. Elle ouvre aussi de nouvelles portes pour la conception de peaux souples intelligentes aux fonctionnalités multimodales.

Avec un contrôle accru des propriétés mécaniques du matériau, il est possible d'intégrer les surfaces kirigami hiérarchiques dans la robotique souple pour construire des affichages intelligents, des capteurs tactiles, ou des peaux qui modifient les niveaux de friction basés sur l'environnement.