Une nouvelle approche de la production de métamatériaux s'appuie sur les techniques du kirigami pour fabriquer en trois dimensions, blocs de construction reconfigurables qui peuvent être utilisés pour créer des complexes, structures dynamiques. Parce que l'approche de conception est modulaire, ces structures sont faciles à monter et à démonter.

"L'application du kirigami aux matériaux tridimensionnels offre un nouveau niveau de reconfigurabilité pour ces structures, " dit Jie Yin, auteur correspondant d'un article sur les travaux et professeur agrégé de génie mécanique et aérospatial à la North Carolina State University.

Les chercheurs sont optimistes quant au fait que ces métamatériaux 3D pourraient être utilisés dans des applications telles que les matériaux de construction légers pour les bâtiments, composants pour la robotique modulaire et le guidage d'ondes dans les métamatériaux acoustiques.

Kirigami est une variante de l'origami qui consiste à couper du papier, en plus de le plier. Alors que le kirigami est fait en utilisant des matériaux bidimensionnels, comme le papier, Yin et ses collaborateurs ont appliqué les principes du kirigami à des matériaux tridimensionnels découpés en cubes connectés.

Spécifiquement, les chercheurs ont modélisé leur nouvelle approche en utilisant une série de huit cubes en carton connectés qui sont ouverts sur deux côtés. Considérez chaque unité de huit cubes connectés comme un bloc de construction. Selon la façon dont les cubes sont connectés les uns aux autres, ces blocs de construction peuvent être pliés en plus de 300, 000 modèles différents.

"Considérez ces unités kirigami comme des blocs de construction polyvalents qui peuvent être assemblés pour créer des structures plus grandes avec différentes propriétés mécaniques, " dit Yin. " Qui plus est, les plus grandes structures peuvent également être démontées, permettant aux utilisateurs de réassembler les unités de kirigami dans de nouvelles structures."

Pour démontrer l'utilité du concept, les chercheurs ont créé plus d'une douzaine de blocs de construction reconfigurables. Chaque bloc se composait de huit cubes de papier connectés et pouvait être reconfiguré en huit formes différentes. La vidéo met en évidence les façons dont chaque unité pourrait être reconfigurée en différentes structures, comment ces structures pourraient être assemblées en structures plus grandes, et comment les grandes structures assemblées pourraient être désassemblées en blocs reconfigurables. (La vidéo peut être visionnée en haut de la page.)

Selon l'orientation des parois du cube solide et des côtés ouverts dans chaque bloc, et le placement de chaque bloc dans la plus grande structure, la structure se comportera différemment. Cela permet aux utilisateurs de régler les propriétés mécaniques de chaque bloc de construction. Par exemple, un seul bloc de construction pourrait être plié en une structure qui peut être facilement compressée, ou replié dans une forme différente capable de supporter une charge importante.

"Le fait de pouvoir démonter et reconfigurer ces métamatériaux 3D permet aux utilisateurs de modifier les propriétés mécaniques d'une structure au besoin pour effectuer différentes tâches, " dit Yin. " Pliez-le dans un sens pour le rendre facile à compresser, pliez-le d'une autre manière pour permettre un mouvement latéral, pliez-le d'une troisième manière pour le rendre rigide ou augmenter sa force physique, et ainsi de suite.

"Ce travail s'est concentré sur la démonstration du concept fondamental, " dit Yin. "Notre prochaine étape consiste à démontrer les applications du concept."

Le papier, "Métamatériaux programmables modulaires transformables à base de Kirigami 3D, " est publié dans la revue Matériaux fonctionnels avancés .