Kirigami em nanoescala: a arte de dobrar papel para uma inovação na engenharia
Os engenheiros podem aprender muito com as formas de arte japonesas de dobrar papel, desde pilhas de papel e água até pequenos robôs que se ativam quando aquecidos. Embora o origami esteja recebendo muita atenção, a versão kirigami dessa arte também tem muito a oferecer.
A equipe de cientistas aplicou essa técnica em nanoescala pela primeira vez e dizem que o avanço abre novas possibilidades em aplicações que vão da robótica à aeroespacial.
Kirigami é muito semelhante ao origami, exceto que o papel não é apenas dobrado para criar várias formas, mas também é cortado cuidadosamente em locais selecionados para produzir o produto acabado.
Recentemente, vimos engenheiros inspirando-se nessa forma de arte para desenvolver novas células solares que giram para rastrear o sol, pipas robóticas que se movem e balões programáveis que se inflam em várias formas.
Esses tipos de estruturas são alcançados por meio de recortes geométricos precisamente posicionados que dão às películas muito finas do material um conjunto único de propriedades, mas apenas no nível macro, ou o que pode ser visto pelo olho humano. Cientistas da Northwestern University conseguiram agora aplicar essa técnica a estruturas medidas em nanoescala. Para referência, o cabelo humano tem cerca de 100.000 nanômetros de largura.
A equipe de pesquisa começou com filmes ultrafinos e cuidadosamente aplicou kirigami sobre eles. Tensões residuais nesses filmes criam instabilidade estrutural, que por sua vez causa cisalhamento nos cortes e ao redor deles, transformando o material 2D em uma estrutura 3D projetada. O corte pode ser variado para criar tecidos dobráveis e retorcidos, bem como para criar formas tridimensionais incomuns, simétricas e assimétricas.
Essas formas podem encontrar aplicações em uma ampla variedade de campos, de minúsculos garras robóticas a moduladores de luz espacial para aplicações ópticas e controle de fluxo de asas de aeronaves, disseram os pesquisadores.
De agora em diante, os pesquisadores planejam continuar explorando o potencial das tecnologias de engenharia kirigami, incluindo a capacidade de incluir atuadores para implantar ou controlar o produto acabado.
“Ao combinar nanofabricação, experimentos de microscopia in situ e simulação de computador, descobrimos o rico comportamento das estruturas de kirigami e definimos as condições para seu uso em aplicações práticas”, disse Horatio Espinoza, que liderou o estudo.