Kirigami su nanoscala: l'arte di piegare la carta per una svolta ingegneristica
Gli ingegneri possono imparare molto dalle forme artistiche giapponesi di piegatura della carta, dalle batterie di carta e acqua ai minuscoli robot che si attivano quando vengono riscaldati. Mentre l'origami sta ricevendo molta attenzione, anche la versione kirigami di quest'arte ha molto da offrire.
Il team di scienziati ha applicato per la prima volta questa tecnica alla nanoscala e affermano che il progresso apre nuove possibilità in applicazioni che vanno dalla robotica all'aerospaziale.
Kirigami è molto simile all'origami, tranne per il fatto che la carta non solo viene piegata per creare forme diverse, ma viene anche tagliata con cura in punti selezionati per produrre il prodotto finito.
Recentemente abbiamo visto ingegneri trarre ispirazione da questa forma d'arte per sviluppare nuove celle solari che ruotano per seguire il sole, aquiloni robotici che si muovono da soli e palloncini programmabili che si gonfiano in varie forme.
Questi tipi di strutture si ottengono attraverso ritagli geometrici posizionati con precisione che conferiscono a film molto sottili del materiale un insieme unico di proprietà, ma solo a livello macro, o ciò che può essere visto con l'occhio umano. Gli scienziati della Northwestern University sono ora riusciti ad applicare questa tecnica a strutture misurate su nanoscala. Per riferimento, i capelli umani sono larghi circa 100.000 nanometri.
Il team di ricerca ha iniziato con pellicole ultrasottili e applicato con cura il kirigami su di esse. Le tensioni residue in questi film creano quindi instabilità strutturale, che a sua volta provoca tagli all'interno e intorno ai tagli, trasformando il materiale 2D in una struttura 3D proiettata. Il taglio può essere variato per creare tessuti flessibili e ritorti, nonché per creare insolite forme tridimensionali, sia simmetriche che asimmetriche.
Queste forme possono trovare applicazioni in un'ampia varietà di campi, da minuscole pinze robotiche a modulatori di luce spaziale per applicazioni ottiche e controllo del flusso delle ali degli aerei, hanno detto i ricercatori.
D'ora in poi, i ricercatori intendono continuare a esplorare il potenziale della tecnologia di ingegneria kirigami, inclusa la possibilità di includere attuatori per distribuire o controllare il prodotto finito.
"Combinando nanoproduzione, esperimenti di microscopia in situ e simulazione al computer, abbiamo scoperto il ricco comportamento delle strutture kirigami e definito le condizioni per il loro utilizzo in applicazioni pratiche", afferma Horatio Espinoza, che ha guidato lo studio.