Les chercheurs ont démontré comment les techniques inspirées du kirigami leur permettent de concevoir de fines feuilles de matériau qui se reconfigurent automatiquement en de nouvelles formes bidimensionnelles (2-D) et tridimensionnelles (3-D) en réponse à des stimuli environnementaux. Les chercheurs ont créé une variété de dispositifs robotiques comme preuve de concept pour l'approche.

"C'est le premier cas que nous connaissons dans lequel des motifs de kirigami 2D se reforment de manière autonome en structures 3D distinctes sans intervention mécanique, " dit Jie Yin, professeur adjoint de génie mécanique et aérospatial à la North Carolina State University et auteur correspondant d'un article sur le travail. "Au lieu, nous appliquons de l'énergie sous forme de chaleur, et le matériau se réorganise.

Kirigami est une forme d'art dans laquelle un seul morceau de papier est coupé et plié pour créer de nouvelles formes et structures.

Le nouveau concept de "kirigami actif" repose sur un matériau à trois couches, constitué de deux couches externes qui ne réagissent pas à la chaleur, et une couche de polymère au milieu qui se contracte en réponse à la chaleur. La forme et la structure du matériau sont contrôlées de deux manières. Coupes traversantes, qui pénètrent dans les trois couches, contrôler l'amplitude de mouvement du matériau. Eau-forte, qui pénètrent dans les couches externes et exposent le polymère sensible à la chaleur, contrôler l'angle et la direction dans lesquels le matériau se plie, ainsi que dans quelle mesure il se plie. Au fur et à mesure que le matériau se plie, il ouvre les entailles, décaler la forme des feuilles dans des conceptions 2D ou 3D.

Une vidéo illustrant le fonctionnement du kirigami actif est disponible ci-dessous :

« Nous pouvons créer un modèle 2D avec le même motif de coupes traversantes et l'utiliser pour créer de nombreuses structures 3D différentes en apportant de légères modifications à la gravure, " dit Yin. " Cela rend effectivement les feuilles de kirigami actives programmables. "

Dans le cadre de leur preuve de concept, les chercheurs ont utilisé leur approche kirigami pour créer une suite de machines kirigami thermosensibles, y compris des dispositifs de préhension simples et des boîtes auto-pliantes. Les chercheurs ont également créé un robot souple avec un corps en kirigami et des jambes pneumatiques. En changeant l'orientation du corps, les chercheurs ont pu rapidement repositionner les jambes, changer la direction du mouvement du robot. Vidéo des machines de preuve de concept :

"Nous avons utilisé un polymère sensible à la température pour ce travail, mais il n'y a aucune raison de penser que d'autres matériaux polymères sensibles aux stimuli, comme les cristaux liquides photoactifs, ne fonctionneraient pas aussi bien, " dit Yin. " Nous sommes ravis d'explorer la gamme potentielle d'applications pour ces matériaux de kirigami actifs."

Le papier, "Métafeuilles kirigami actives programmables avec plus de liberté d'actionnement, " sera publié dans le Actes de l'Académie nationale des sciences .