從日本的折紙藝術(shù)形式中，工程師們可以學(xué)到很多東西，從用紙和水制作的廉價(jià)電池到通過(guò)加熱激活的小型機(jī)器人。雖然折紙得到了很多人的關(guān)注，但一種被稱(chēng)為kirigami的變體也有很多好處。一個(gè)科學(xué)家團(tuán)隊(duì)首次將這一技術(shù)降至納米級(jí)，他們說(shuō)這一突破為從機(jī)器人到航空航天的應(yīng)用提供了新的可能性。

irigami和折紙很像，除了將紙折疊成不同的形狀外，還要在選定的地方仔細(xì)切割，以實(shí)現(xiàn)成品。最近，我們看到工程師們從這種藝術(shù)形式中獲得靈感，開(kāi)發(fā)出了可以旋轉(zhuǎn)追蹤太陽(yáng)的新型太陽(yáng)能電池、可以自我推進(jìn)的機(jī)器人蛇以及可以膨脹成瘋狂的形狀的可編程氣球。

這些類(lèi)型的結(jié)構(gòu)是通過(guò)非常精確地放置幾何切割來(lái)實(shí)現(xiàn)的，這些切割賦予了非常薄的材料薄膜獨(dú)特的屬性集，但到目前為止，只是在宏觀尺度上，或者說(shuō)人眼能看到的。目前，西北大學(xué)的科學(xué)家已經(jīng)成功地將這一技術(shù)應(yīng)用于納米級(jí)的結(jié)構(gòu)測(cè)量。作為參考，一根人類(lèi)頭發(fā)的直徑約為10萬(wàn)納米。

該團(tuán)隊(duì)從超薄薄膜開(kāi)始，并在整個(gè)薄膜上進(jìn)行了精心放置的kirigami切割。這些薄膜中的殘余應(yīng)力就會(huì)產(chǎn)生結(jié)構(gòu)上的不穩(wěn)定性，進(jìn)而引起切口及其周?chē)淖兓?，?D材料變成工程化的3D結(jié)構(gòu)。這些切割可以改變材料的彎曲和扭曲，并創(chuàng)造出不同尋常的3D形狀，包括對(duì)稱(chēng)和非對(duì)稱(chēng)。

根據(jù)研究人員的說(shuō)法，這些形狀可以在各種領(lǐng)域找到用途，從微小的機(jī)器人抓手，到光學(xué)應(yīng)用的空間光調(diào)制器，再到控制飛機(jī)機(jī)翼的流動(dòng)。從這里開(kāi)始，該團(tuán)隊(duì)計(jì)劃繼續(xù)探索kirigami工程技術(shù)的潛力，包括加入執(zhí)行器以部署或控制成品的可能性。

“通過(guò)結(jié)合納米制造、原位顯微鏡實(shí)驗(yàn)和計(jì)算建模，我們揭示了kirigami結(jié)構(gòu)的豐富行為，并確定了其在實(shí)際應(yīng)用中的使用條件，”領(lǐng)導(dǎo)這項(xiàng)研究的Horacio Espinosa說(shuō)。

該研究發(fā)表在《先進(jìn)材料》雜志上。
責(zé)編AJX