Kirigami à l'échelle nanométrique: l'art du pliage du papier pour une avancée technologique
Les ingénieurs peuvent apprendre beaucoup des formes artistiques japonaises du pliage de papier, des piles à papier et à eau aux petits robots qui s'activent lorsqu'ils sont chauffés. Alors que l'origami suscite beaucoup d'attention, la version kirigami de cet art a également beaucoup à offrir.
L'équipe de scientifiques a appliqué cette technique à l'échelle nanométrique pour la première fois, et ils disent que la percée ouvre de nouvelles possibilités dans des applications allant de la robotique à l'aérospatiale.
Kirigami est très similaire à l'origami, sauf que le papier n'est pas seulement plié pour créer diverses formes, mais il est également soigneusement coupé à des endroits sélectionnés pour produire le produit fini.
Nous avons récemment vu des ingénieurs s'inspirer de cette forme d'art pour développer de nouvelles cellules solaires qui tournent pour suivre le soleil, des cerfs-volants robotiques qui se déplacent et des ballons programmables qui se gonflent en différentes formes.
Ces types de structures sont obtenus grâce à des découpes géométriques positionnées avec précision qui confèrent aux films très minces du matériau un ensemble unique de propriétés, mais uniquement au niveau macro, ou ce que l'on peut voir à l'œil humain. Les scientifiques de l'Université Northwestern ont maintenant réussi à appliquer cette technique à des structures mesurées à l'échelle nanométrique. Pour référence, les cheveux humains mesurent environ 100 000 nanomètres de large.
L'équipe de recherche a commencé avec des films ultra-minces et a soigneusement appliqué du kirigami dessus. Les contraintes résiduelles dans ces films créent alors une instabilité structurelle, qui à son tour provoque des cisaillements dans et autour des coupes, transformant le matériau 2D en une structure 3D projetée. La coupe peut être variée pour créer des tissus flexibles et torsadés, ainsi que pour créer des formes tridimensionnelles inhabituelles, à la fois symétriques et asymétriques.
Ces formes peuvent trouver des applications dans une grande variété de domaines, des minuscules pinces robotiques aux modulateurs spatiaux de lumière pour les applications optiques et au contrôle du flux des ailes d'avion, ont déclaré les chercheurs.
Désormais, les chercheurs prévoient de continuer à explorer le potentiel des technologies d'ingénierie kirigami, y compris la possibilité d'inclure des actionneurs pour déployer ou contrôler le produit fini.
«En combinant la nanofabrication, les expériences de microscopie in situ et la simulation informatique, nous avons découvert le comportement riche des structures de kirigami et défini les conditions de leur utilisation dans des applications pratiques», explique Horatio Espinoza, qui a dirigé l'étude.