Un team di ricerca multiuniversitario guidato dalla North Carolina State University svilupperà metodi per creare materiali bidimensionali (2D) in grado di piegarsi in oggetti tridimensionali (3D) quando esposti alla luce. Lo sforzo, che è finanziato da una sovvenzione della National Science Foundation (NSF), si ispira agli origami e ha un'ampia gamma di potenziali applicazioni.

"Stiamo mettendo insieme un team diversificato di designer, ingegneri e matematici per far progredire la nostra comprensione di come manipolare materiali fotosensibili, "dice il dottor Jan Genzer, Professore celanese di ingegneria chimica e biomolecolare presso la NC State e il ricercatore principale nell'ambito della sovvenzione NSF. "In definitiva, speriamo di sviluppare nuove tecniche che abbiano applicazioni che vanno dall'elettronica alla produzione di grandi volumi fino alla fornitura di aiuti umanitari." La sovvenzione NSF è di circa 1,76 milioni di dollari in quattro anni.

Nello specifico, i ricercatori prevedono di utilizzare esperimenti e modelli computazionali per valutare il processo di piegatura al fine di sviluppare nuove strutture 3D multifunzionali che possono formarsi rapidamente mantenendo un controllo preciso sulla loro forma. Poiché i modelli saranno su materiali 2-D, il processo dovrebbe essere compatibile con tecniche di patterning ad alto rendimento, come la modellazione roll-to-roll utilizzata nella produzione di componenti elettronici.

Le potenziali applicazioni includono lo sviluppo di fogli d'aria pieghevoli che potrebbero essere utilizzati per lanci di rifornimenti umanitari con maggiore precisione; assemblaggio dell'elettronica a mani libere in un ambiente "pulito"; o vari processi di confezionamento e produzione.

Il team di ricerca include Genzer; Dottor Michael Dickey, un assistente professore di ingegneria chimica e biomolecolare presso NC State; Dottor Yong Zhu, un assistente professore di ingegneria meccanica e aerospaziale presso la NC State; Susan Brandeis, Professore distinto di Arte e Design presso NC State; Dottor Alan Russell, dell'Elon University, che ha studiato origami per più di 30 anni; Emily Beck, del Meredith College; e il dottor Rich Vaia, del Laboratorio di Ricerca dell'Aeronautica. La sovvenzione sosterrà anche da quattro a cinque studenti laureati e ricercatori post-dottorato.

Lo sforzo di ricerca si basa su ricerche precedenti di NC State, che descrive in dettaglio un modo semplice per convertire modelli 2D in oggetti 3D utilizzando solo la luce. In quel lavoro, il ricercatore ha fatto passare fogli di plastica precompressa attraverso una stampante a getto d'inchiostro convenzionale per stampare linee nere in grassetto sul materiale. Il materiale è stato quindi tagliato in un modello desiderato e posto sotto una luce infrarossa, come una lampada di calore. Poiché le linee nere in grassetto hanno assorbito più energia rispetto al resto del materiale, la plastica si è contratta, creando una cerniera che ha piegato i fogli in forme 3D.

La sovvenzione è stata finanziata dall'Ufficio per le frontiere emergenti nella ricerca e nell'innovazione di NSF, ed è sostenuto in parte da fondi dell'Air Force Office of Scientific Research.