携手健康网携手健康网

日本艺术形式激发了新的工程技术

纸雪花,弹出式儿童读物和精美的纸卡不只是手工艺人感兴趣的东西。西北大学的一个工程师团队正在使用从折纸实践中获得的想法来创建3D打印的复杂替代方案。

Kirigami来自日语单词“ kiru”(要裁切)和“ kami”(纸),是一种传统的艺术形式,其中纸张被精确裁切并转换为3D对象。利用材料和软件的薄膜来选择精确的几何切口,工程师可以从实践中汲取灵感,从而创建出各种各样的复杂结构。

2015年发表的研究表明,在激进的“弹出式”制作模型中有希望。在此迭代中,由切口创建的带状结构为开放形状,获得封闭形状的能力有限。基于相同灵感的其他研究主要表明,kirigami可以在宏观上使用简单的材料(例如纸)来应用。

但是,今天(12月22日)发表在《先进材料》杂志上的新研究使这一过程更进一步。

麦考密克工程学院的机械工程教授Horacio Espinosa说,他的团队能够将设计和折纸的概念应用于纳米结构。Espinosa领导了这项研究,并且是James N.和Nancy J. Farley的制造业和创业学教授。

Espinosa说:“通过结合纳米制造,原位显微镜实验和计算模型,我们揭示了千折纸结构的丰富特性,并确定了其在实际应用中的使用条件。”

研究人员首先使用半导体制造中的最先进方法创建二维结构,然后在超薄薄膜上仔细放置“ kirigami切口”。然后,由膜中的残余应力引起的结构不稳定性会产生清晰的3-D结构。工程化的折纸结构可用于多种应用,从微型抓具(例如细胞拾取)到空间光调制器再到飞机机翼的流量控制。这些功能使该技术在生物医学设备,能量收集和航空航天方面具有潜在的应用前景。

通常,单个kirigami图案可以创建的形状数量受到限制。但是,通过使用裁切中的变化,该团队能够演示薄膜的弯曲和扭曲,从而产生更广泛的形状-包括对称和不对称配置。研究人员首次证明,使用几十纳米的薄膜厚度的微米级结构,可以实现非同寻常的3D形状并具有更广泛的功能。

例如,静电微镊子会突然闭合,这在软样品上可能会很苛刻。相比之下,基于折纸的镊子可以通过调整拉伸量来精确控制抓握力。在此应用程序和其他应用程序中,基于计算机仿真来设计切割位置并预测结构行为的能力消除了反复试验的麻烦,从而节省了成本和时间。

Espinosa说,随着研究的进展,他的团队计划探索广阔的激进折纸设计,包括阵列配置,以实现更多可能的功能。未来研究的另一个领域是嵌入用于执行折纸展开和控制的分布式执行器。通过进一步研究该技术,研究小组认为,折纸可以对建筑,航空航天和环境工程产生影响。

郑重声明:本文版权归原作者所有,转载文章仅为传播更多信息之目的,如作者信息标记有误,请第一时间联系我们修改或删除,多谢。