Tin tức Vũ trụ TV

Các phát hiện mở ra khả năng cho các siêu vật liệu cơ học được sử dụng trong các thiết bị y tế và robot mềm

Ngày:
Th7 29, 2020
Tóm lược:

Nghiên cứu mới mở rộng sự hiểu biết về cấu trúc origami, mở ra khả năng cho các siêu vật liệu cơ học được sử dụng trong các thiết bị robot và y tế mềm.

Share:
CÂU CHUYỆN ĐẦY ĐỦ

Sự đơn giản và thanh lịch của origami, một loại hình nghệ thuật cổ xưa của Nhật Bản đã thúc đẩy các nhà nghiên cứu khám phá ứng dụng của nó trong thế giới vật liệu.

Nghiên cứu mới từ một nhóm liên ngành bao gồm Horacio Espinosa và Sridhar Krishnaswamy và Viện công nghệ Georgia của Glaucio Paulino, nhằm mục đích thúc đẩy việc tạo và hiểu các cấu trúc gấp như vậy cho các ứng dụng từ robot mềm đến thiết bị y tế.

Lấy cảm hứng từ origami, siêu vật liệu cơ học – cấu trúc nhân tạo có tính chất cơ học được xác định bởi cấu trúc của chúng chứ không phải thành phần của chúng – đã thu hút được sự chú ý đáng kể vì tiềm năng của chúng để tạo ra các cấu trúc và vật liệu có thể điều chỉnh cao.

Điều chưa biết là cấu trúc nào tích hợp khả năng phục hồi hình dạng, tính chất cơ học định hướng và tính phụ trợ thuận nghịch – có nghĩa là kích thước bên của chúng có thể tăng và sau đó giảm dần khi bị ép dần. Mặc dù một số cấu trúc origami 3D đã được sản xuất thông qua sản xuất phụ gia, việc đạt được các đặc tính gấp được hiển thị trong giấy origami lý tưởng vẫn là một thách thức.

Sử dụng hiệu ứng nano cho thiết kế origami, nhóm các nhà nghiên cứu từ Trường Kỹ thuật McCormick và Georgia Tech đã tìm cách trả lời câu hỏi đó. Họ đã sản xuất các siêu vật liệu nhỏ, 3D, được xây dựng bằng origami, giữ thành công các thuộc tính tốt nhất mà không cần dùng đến các vật phẩm để cho phép gấp lại.

Espinosa, James và Nancy J. Farley Giáo sư Sản xuất và Kinh doanh và giáo sư kỹ thuật cơ khí và (theo phép lịch sự) và kỹ thuật y sinh. kỹ thuật về môi trường chia sẻ: “Các cấu trúc được tạo thành tạo thành siêu vật liệu origami được chế tạo nhỏ nhất thể hiện sự kết hợp chưa từng có của các tính chất cơ học”.

“Công trình của chúng tôi đã chứng minh rằng thiết kế hợp lý của siêu vật liệu, với mức độ phục hồi hình dạng lớn và độ cứng và biến dạng phụ thuộc vào hướng, có thể sử dụng thiết kế origami, và khả năng gấp lại của origami cho phép trạng thái ban đầu mở rộng và sau đó co lại ). Các tính chất như vậy hứa hẹn sẽ ảnh hưởng đến một số ứng dụng trên nhiều lĩnh vực bao gồm quy mô nano, vi mô và vĩ mô, tận dụng khả năng mở rộng nội tại của các tổ hợp origami.”

Paulino, Chủ tịch Raymond Allen Jones tại Trường Kỹ thuật Xây dựng và Môi trường của Georgia Tech cho biết: “Được hướng dẫn bởi hình học, việc nhân rộng và thu nhỏ của siêu vật liệu origami rất thú vị và bởi tính đa chức năng chưa từng có mà nó cho phép một cách tự nhiên”.

Một số nguyên mẫu siêu vật liệu ở các quy mô khác nhau, được thu nhỏ ở quy mô micron bằng cách sử dụng viết laser trực tiếp hai photon. Ảnh: Allison L. Carter, Georgia Tech
Một số nguyên mẫu siêu vật liệu ở các quy mô khác nhau, được thu nhỏ ở quy mô micron bằng cách sử dụng viết laser trực tiếp hai photon.
Ảnh: Allison L. Carter, Georgia Tech

Chỉ một nỗ lực liên ngành kết hợp thiết kế origami, in laser 3D với độ phân giải nano và thử nghiệm cơ học kính hiển vi điện tử tại chỗ có thể tiết lộ sự kết hợp chưa từng có của các tính chất mà công việc của các nhà nghiên cứu đã chứng minh và tác động tiềm năng của chúng đối với các ứng dụng trong tương lai.

Giống như thiên nhiên đã kiến ​​trúc một loạt các cấu trúc chỉ bằng một vài hệ thống vật liệu, origami cho phép chúng ta chế tạo các thành phần cấu trúc có khả năng đàn hồi với các tính chất vật lý khác nhau theo các hướng khác nhau.

Chúng ta có thể hình dung các microrobot mềm dựa trên origami cứng dọc theo một số hướng để mang tải trọng trong khi vẫn duy trì mức độ linh hoạt khác cho chuyển động, để chỉ đạo và thu hoạch năng lượng.

Nghiên cứu trình bày những con đường mới sẽ được khám phá lâu dài.

Có một số khả năng. Một là chế tạo các cấu trúc origami bằng vật liệu gốm và kim loại, trong khi bảo toàn kích thước nano, để khai thác hiệu ứng kích thước trong phản ứng cơ học của các cấu trúc dẫn đến sự tiêu tán năng lượng vượt trội trên mỗi đơn vị khối lượng và khối lượng. Một cách khác là sử dụng polyme áp điện, có thể dẫn đến các máy thu năng lượng có thể điều khiển các phương thức cảm biến hoặc các công cụ vi phẫu năng lượng.


Nguồn truyện:

Tài liệu được cung cấp bởi Đại học Tây Bắc . Lưu ý: Nội dung có thể được chỉnh sửa cho kiểu dáng và độ dài.


Tạp chí tham khảo :

  1. Zhaowen Lin, Larissa S. Novelino, Heming Wei, Nicolas A. Alderete, Glaucio H. Paulino, Horacio D. Espinosa, Sridhar Krishnaswamy. Gấp tại microscale: Kích hoạt đa năng 3D Origami ‐ Siêu vật liệu kiến ​​trúc . Nhỏ , 2020; 2002229 DOI: 10.1002 / smll.202002229

Bài viết liên quan

Bài viết mới