ナノスケールの桐上：エンジニアリングの飛躍的進歩のための紙折りの技術

エンジニアは、紙や水のバッテリーから、加熱されると作動する小さなロボットまで、日本のアート形式の紙の折り畳みから多くを学ぶことができます。折り紙が注目されている一方で、この芸術の桐神バージョンも提供することがたくさんあります。

科学者のチームは、この技術を初めてナノスケールに適用しました。彼らは、この画期的な進歩により、ロボット工学から航空宇宙に至るまでのアプリケーションに新しい可能性が開かれると述べています。

キリガミは折り紙と非常によく似ていますが、紙を折りたたんでさまざまな形にするだけでなく、選択した場所できれいにカットして完成品を作成する点が異なります。

最近、エンジニアがこのアートフォームからインスピレーションを得て、回転して太陽を追跡する新しい太陽電池、自分自身を動かすロボットの凧、さまざまな形に膨らむプログラム可能なバルーンを開発するのを見ました。

これらのタイプの構造は、材料の非常に薄いフィルムに独自の特性のセットを与える正確に配置された幾何学的な切り欠きによって実現されますが、マクロレベル、または人間の目で見ることができるものでのみです。ノースウエスタン大学の科学者たちは、この技術をナノスケールで測定された構造に適用することに成功しました。参考までに、人間の髪の毛の幅は約100,000ナノメートルです。

研究チームは極薄のフィルムから始め、キリガミを注意深く塗布しました。これらのフィルムに残留応力がかかると、構造が不安定になり、カット内およびカットの周囲にせん断が発生し、2Dマテリアルが投影された3D構造に変換されます。カットを変えることで、柔軟でねじれた生地を作成したり、対称と非対称の両方の珍しい3次元形状を作成したりできます。

これらの形状は、小型のロボットグリッパーから光学用途向けの空間光変調器、航空機の翼の流れの制御まで、さまざまな分野での用途を見つけることができると研究者らは述べています。

今後も、完成品を展開または制御するためのアクチュエーターを搭載する機能など、キリガミエンジニアリング技術の可能性を探求していく予定です。

「ナノ製造、現場顕微鏡実験、コンピューターシミュレーションを組み合わせることで、キリガミ構造の豊かな挙動を明らかにし、実際のアプリケーションで使用するための条件を定義しました」と、研究を主導したHoratioEspinozaは述べています。