I ricercatori hanno dimostrato come le tecniche ispirate al kirigami consentono loro di progettare sottili fogli di materiale che si riconfigurano automaticamente in nuove forme bidimensionali (2-D) e strutture tridimensionali (3-D) in risposta agli stimoli ambientali. I ricercatori hanno creato una varietà di dispositivi robotici come prova del concetto per l'approccio.

"Questo è il primo caso che conosciamo in cui i modelli kirigami 2-D si rimodellano autonomamente in strutture 3-D distinte senza input meccanici, "dice Jie Yin, un assistente professore di ingegneria meccanica e aerospaziale presso la North Carolina State University e corrispondente autore di un articolo sul lavoro. "Anziché, applichiamo energia sotto forma di calore, e il materiale si riorganizza da solo."

Kirigami è una forma d'arte in cui un singolo pezzo di carta viene tagliato e piegato per creare nuove forme e strutture.

Il nuovo concetto di "kirigami attivo" si basa su un materiale a tre strati, costituito da due strati esterni che non rispondono al calore, e uno strato polimerico nel mezzo che si contrae in risposta al calore. La forma e la struttura del materiale sono controllate in due modi. Tagli passanti, che penetrano in tutti e tre gli strati, controllare la gamma di movimento del materiale. Incisioni, che penetrano negli strati esterni ed espongono il polimero termosensibile, controllare l'angolo e la direzione in cui il materiale si piega, così come quanto si piega. Mentre il materiale si piega, apre i tagli passanti, spostando la forma dei fogli in disegni 2-D o 3-D.

Il video che illustra come funziona il kirigami attivo può essere visto di seguito:

"Possiamo creare un modello 2-D con lo stesso modello di tagli passanti e usarlo per creare molte diverse strutture 3-D apportando lievi modifiche all'incisione, " Dice Yin. "Questo rende effettivamente programmabili i fogli kirigami attivi."

Come parte della loro prova di concetto, i ricercatori hanno utilizzato il loro approccio kirigami per creare una suite di macchine kirigami termoreattive, compresi semplici dispositivi di presa e scatole auto-pieghevoli. I ricercatori hanno anche creato un robot morbido con un corpo in kirigami e gambe pneumatiche. Cambiando l'orientamento del corpo, i ricercatori potrebbero riposizionare rapidamente le gambe, cambiare la direzione di movimento del robot. Video delle macchine proof-of-concept:

"Abbiamo usato un polimero sensibile alla temperatura per questo lavoro, ma non c'è motivo di pensare che altri materiali polimerici sensibili agli stimoli, come i cristalli liquidi fotoattivi, non funzionerebbero altrettanto bene, " Yin dice. "Siamo entusiasti di esplorare la potenziale gamma di applicazioni per questi programmabili, materiali kirigami attivi."

La carta, "Metasheet kirigami attivi programmabili con maggiore libertà di attuazione, " sarà pubblicato nel Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze .