Cảm hứng chế tạo siêu vật liệu cơ học từ nghệ thuật origami và kirigami cổ

Mèo Cọp

“This world is merciless.”
Thành viên thân thiết
Tham gia
25/11/2012
Bài viết
359
(kenhsinhvien.vn) Siêu vật liệu có nguồn gốc từ origami và kirigami có nhiều ứng dụng từ robot học đến thiết bị y tế.

Siêu vật liệu có nguồn gốc từ origami và kirigami có nhiều ứng dụng từ robot học đến thiết bị y tế.

Nghệ thuật origami (nghệ thuật gấp giấy) và kirigami (nghệ thuật cắt giấy) cổ đã trở nên phổ biến những năm gần đây trong giới nghiên cứu siêu vật liệu cơ học xây dựng. Việc gấp và cắt vật liệu dạng tấm mỏng 2D biến chúng thành cấu trúc và hình dạng 3D phức tạp với những đặc tính cơ học độc đáo có thể lập trình được.

Theo tạp chí Applied Physics Reviews, các nhà khoa học ở Hoa Kỳ và Trung Quốc phân loại siêu vật liệu cơ học nguồn gốc origami và kirigami (vật liệu kỹ thuật nhân tạo với những đặc tính cơ học khác thường) thành 6 nhóm dựa trên 2 tiêu chí khác nhau.

“Origami và kirigami về bản chất là những siêu vật liệu cơ học, vì đặc tính của chúng chủ yếu được xác định bằng cấu tạo những nếp gấp và/hoặc vết cắt và chỉ phụ thuộc chút ít vào chất liệu để gấp origami và kirigami,” tác giả Hanqing Jiang cho biết.


Các loại siêu vật liệu cơ học nguồn gốc origami và kirigami. Ảnh: Zirui Zhai và Hanqing Jiang.

Các loại siêu vật liệu cơ học nguồn gốc origami và kirigami. Ảnh: Zirui Zhai và Hanqing Jiang.

Các nhà nghiên cứu chia siêu vật liệu cơ học thành 3 loại bao gồm siêu vật liệu nguồn gốc origami (chỉ gấp nếp), siêu vật liệu nguồn gốc kirigami (chỉ cắt) và siêu vật liệu hỗn hợp origami-kirigami (có cả gấp nếp và cắt). Đặc biệt, siêu vật liệu hỗn hợp origami-kirigami mang đến tiềm năng lớn trong việc tạo hình.

Mỗi nhóm lại được chia nhỏ thành loại cố định hoặc loại có thể biến đổi hình dạng dựa trên cảnh quan năng lượng mang tính đàn hồi. Siêu vật liệu được phân loại là cố định khi năng lượng chỉ được dự trữ trong các nếp gấp hoặc nếp nối. Siêu vật liệu được phân loại là có thể biến đổi hình dạng khi năng lượng được dự trữ trong cả nếp gấp hoặc nếp nối và khung kết cấu.

Các nhà nghiên cứu muốn khám phá những thiết kế origami và kirigami mới, nhất là những thiết kế origami có đường cong, thiết kế hỗn hợp origami-kirigami, thiết kế mô-đun và thiết kế phân cấp.

Các nhà nghiên cứu định tập trung vào việc lựa chọn siêu vật liệu cơ học nguồn gốc origami và kirigami. Giấy truyền thống được dùng để tạo mẫu siêu vật liệu nhưng có những hạn chế về tính giòn và tính dẻo của giấy. Để vận dụng thiết kế vào thực tế, sẽ rất hữu ích khi khám phá nhiều vật liệu có những đặc tính khác nhau như mỏng hoặc dày, mềm hoặc cứng và đàn hồi hoặc dẻo.

Họ muốn sử dụng cảnh quan năng lượng và sự phân bổ năng lượng làm 2 công cụ mạnh để phân tích hiệu năng cơ học của origami và kirigami và sẽ tìm cách thiết kế chi tiết phương thức vận hành của siêu vật liệu nguồn gốc origami và kirigami.

Siêu vật liệu cơ học nguồn gốc origami và kirigami có thể được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực, bao gồm điện tử dẻo, thiết bị y tế, robot học, kỹ thuật dân dụng và kỹ thuật hàng không vũ trụ.


Dịch bởi Kenhsinhvien.vn
(Theo SciTechDaily)
 
Top