Des chercheurs de la North Carolina State University ont développé des matériaux qui peuvent être utilisés pour créer des structures capables de se transformer en plusieurs architectures différentes. Les chercheurs envisagent des applications allant de la construction à la robotique.

"Le système que nous avons développé s'inspire de la métamorphose, " dit Jie Yin, auteur correspondant d'un article sur le travail et professeur agrégé de génie mécanique et aérospatial à NC State. "Avec la métamorphose dans la nature, les animaux changent de forme fondamentale. Nous avons créé une classe de matériaux qui peuvent être utilisés pour créer des structures qui changent leur architecture fondamentale."

Kirigami est un concept fondamental pour le travail de Yin. Le Kirigami est une variante de l'origami qui consiste à découper et plier du papier. Mais alors que le kirigami utilise traditionnellement des matériaux bidimensionnels, Yin applique les mêmes principes aux matériaux tridimensionnels.

Le système de métamorphose commence par une seule unité de kirigami 3D. Chaque unité peut former plusieurs formes en elle-même. Mais ces unités sont également modulaires, elles peuvent être connectées pour former des structures de plus en plus complexes. Parce que les unités individuelles elles-mêmes peuvent former plusieurs formes, et peut se connecter à d'autres unités de plusieurs manières, le système global est capable de former une grande variété d'architectures.

"Pensez à ce que vous pouvez construire avec des matériaux conventionnels, " dit Yin. " Maintenant, imaginez ce que vous pouvez construire lorsque chaque élément de base est capable de se transformer de plusieurs manières. "

Le laboratoire de Yin a déjà démontré un concept similaire, dans lequel des unités de kirigami 3D étaient empilées les unes sur les autres. Dans ce système, les unités pourraient être utilisées pour assembler une structure, mais la structure pourrait également être ensuite démontée.

Le système de métamorphose consiste à connecter réellement les unités kirigami. En d'autres termes, une fois que les unités sont connectées les unes aux autres, elles ne peuvent pas être déconnectées. Cependant, les plus grandes structures qu'ils créent sont capables de se transformer en multiples, différentes architectures.

"Il y a deux grandes différences entre notre premier système de kirigami et le système de métamorphose, " explique Yin.

"Le premier système de kirigami impliquait des unités qui pouvaient être assemblées en architectures puis démontées, ce qui est un avantage. Cependant, lorsque les unités ont été assemblées, l'architecture ne serait pas capable de se transformer. Parce que les côtés de l'unité n'étaient pas rigides et fixés à des angles de 90 degrés, la structure assemblée pouvait se plier et se déplacer, mais elle ne pouvait pas changer fondamentalement sa géométrie.

"Le système de métamorphose kirigami ne permet pas de démonter une structure, " dit Yin. " Et parce que les côtés de chaque unité cubique sont rigides et fixés à des angles de 90 degrés, la structure assemblée ne se plie pas ou ne fléchit pas beaucoup. Cependant, la structure finie est capable de se transformer en différentes architectures."

Dans les tests de preuve de concept, les chercheurs ont démontré que le système de métamorphose était capable de créer de nombreuses structures différentes capables de supporter un poids important tout en maintenant leur intégrité structurelle.

Que l'intégrité structurelle est importante, parce que Yin pense que la construction est une application potentielle du système de métamorphose.

« Si vous augmentez cette approche, il pourrait être la base d'une nouvelle génération de matériaux de construction pouvant être utilisés pour créer des structures rapidement déployables, " dit Yin. " Pensez aux unités médicales qui ont dû être agrandies à court terme pendant la pandémie, ou le besoin de refuges d'urgence à la suite d'une catastrophe."

Les chercheurs pensent également que le système de métamorphose pourrait être utilisé pour créer une variété de dispositifs robotiques pouvant se transformer afin de répondre à des stimuli externes ou d'effectuer différentes fonctions.

"Nous pensons également que ce système pourrait être utilisé pour créer une nouvelle gamme de jouets, en particulier des jouets qui peuvent aider les gens à explorer certains concepts STEM fondamentaux liés à la physique et à l'ingénierie, " dit Yin. "Nous sommes ouverts à travailler avec des collaborateurs de l'industrie pour poursuivre ces applications et d'autres potentielles pour le système."

Le papier, "Métamorphose de la matière architecturée reconfigurable et reprogrammable tridimensionnelle inspirée du kirigami, " est publié dans la revue Matériaux Aujourd'hui Physique .