ハーバード大学の研究者は、切り紙を使用してプログラム可能なメタマテリアルを構築します

切り紙は日本の切り絵の芸術であり、折りたたんでから巧みに紙を希望の形に切ります。紙を広げて、完成した切り紙を見る。単純な切り紙は、五芒星や雪片など、ほとんど対称的です。

近年、科学者はこの芸術を使用して、正方形を円に変換し、2D形状を3D形状に変換し、さらにはヘビに着想を得たロボットを開発しています。これはほんの始まりに過ぎません。この手法は、近い将来、さまざまな用途に使用できる可能性があります。

最近、ハーバード大学の研究者は、切り紙の表面をプログラムするフレームワークを開発しました。これにより、これらの構造をウェアラブルデバイス、伸縮性のある電子機器、形状変更ロボットなどに使用できるようになります。

切り紙のメタマテリアルは、簡単に切断して、伸ばすと複雑な3次元構成に変換できます。切り紙構造に階層を導入すると、バンドギャップの伸縮性と調整性が向上するため、機能がさらに強化されます。

これまで、階層的な切り紙メタマテリアルの研究は、厚いシートの面内変形に焦点を合わせてきました。この研究では、研究者は薄い階層的な切り紙シートとその面外座屈挙動を調査しました。

参照：高度な機能材料| DOI：10.1002 / adfm.201906711 |ハーバード大学

彼らはレーザー切断を使用して、シートを一連の正方形のボックスに分割しました。次に、別のレベルのカットを使用して、これらのボックスをさらに小さな正方形に分割しました。

メタマテリアルが引き伸ばされると、第1レベルと第2レベルの両方のカットが応答します（第2レベルのカットはより豊富な応答セットを追加します）。

研究チームは、各レベルでシートの厚さとカットの幅を注意深く選択することで、機械的なメタマテリアルをプログラムできることを発見しました。

彼らが達成したことを示すために、彼らはこれらのプログラム可能な階層型切り紙シートを伸ばして、「I Love HU」というメッセージを表示し、クリスマスツリーなどの特定の形を明らかにしました。

要約すると、2つ以上の階層パターンが混合されて1つの不均一な表面を形成する場合、研究者はさらに機械的応答を構成し、適用された機械的変形にデータを暗号化して読み取ることができます。

この研究で開発された技術は、形態学的計算とプログラム可能なメタマテリアルの分野に貢献しています。また、マルチモーダル機能を備えたスマートなソフトスキンを設計するための新しい扉を開きます。

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材料の機械的特性の制御を強化することで、階層的な切り紙の表面をソフトロボティクスに統合して、環境に基づいて摩擦レベルを変更するスマートディスプレイ、触覚センサー、またはスキンを構築できます。

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