Pesquisadores do Instituto de Tecnologia da Geórgia e da Universidade de Pequim descobriram um novo uso para os onipresentes slides do PowerPoint:produzir estruturas de origami tridimensionais autodobráveis ​​a partir de polímeros líquidos fotocuráveis.

A técnica envolve projetar um padrão de tons de cinza de formas claras e escuras em uma fina camada de polímero de acrilato líquido colocado em uma placa ou entre duas lâminas de vidro. Um material fotoiniciador misturado ao polímero inicia uma reação de reticulação quando atingido pela luz de um projetor LED comum, causando a formação de um filme sólido. Um corante que absorve a luz no polímero serve como um regulador da luz. Devido à complicada interação entre a evolução da rede de polímero e a redução de volume durante a fotopolimerização, áreas do polímero que recebem menos luz exibem comportamento de flexão mais aparente.

Quando o filme de polímero recém-criado é removido do polímero líquido, a tensão criada no filme pelo encolhimento diferencial faz com que o dobramento comece. Para fazer as estruturas de origami mais complexas, os pesquisadores iluminam ambos os lados das estruturas. As estruturas de origami produzidas até agora incluem pequenas mesas, cápsulas, flores, pássaros e a tradicional dobra miura-ori - tudo com cerca de meia polegada de tamanho.

As estruturas de origami podem ter aplicações em robôs soft, microeletrônica, atuadores macios, metamateriais mecânicos e dispositivos biomédicos.

"A ideia básica do nosso método é utilizar o fenômeno de encolhimento de volume durante a fotopolimerização, "disse Jerry Qi, professor da Woodruff School of Mechanical Engineering na Georgia Tech. "Durante um tipo específico de fotopolimerização, fotopolimerização frontal, a resina líquida é curada continuamente do lado sob irradiação de luz para o lado interno. Isso cria um campo de tensão não uniforme que leva o filme a dobrar na direção do caminho da luz. "

Detalhes da obra devem ser publicados no dia 28 de abril na revista. Avanços da Ciência . A pesquisa foi apoiada pela National Science Foundation, o Escritório de Pesquisa Científica da Força Aérea e o Conselho de Bolsas de Estudo Chinês. Acredita-se que seja a primeira aplicação para criar estruturas de origami auto-dobráveis ​​por meio do controle de encolhimento de volume durante a fotopolimerização padronizada.

O processo que cria o fenômeno de encolhimento é considerado prejudicial em outros usos do polímero.

"A redução de volume do polímero sempre foi considerada prejudicial na fabricação de compósitos e na tecnologia de impressão 3-D convencional, "disse Daining Fang, um co-autor do artigo e um professor da Universidade de Pequim quando a pesquisa foi feita. "Nosso trabalho mostra que, com uma mudança de perspectiva, esse fenômeno pode se tornar bastante útil. "Fang está agora no Instituto de Tecnologia de Pequim.

Para fazer as formas mais complexas com dobra em ambas as direções, os pesquisadores podem virar o filme padronizado para criar reticulação no outro lado.

“Desenvolvemos dois tipos de processos de fabricação, "disse Zeang Zhao, um Ph.D. estudante da Georgia Tech e da Peking University. "No primeiro, você pode simplesmente direcionar o padrão de luz para uma camada de resina líquida, e então você obterá a estrutura do origami. No segundo, você pode precisar virar a camada e brilhar um segundo padrão. Este segundo processo oferece uma liberdade de design muito mais ampla. "

A luz brilha no filme por cinco a dez segundos, que produz um filme de cerca de 200 mícrons de espessura. "As áreas que recebem luz tornam-se sólidas; as outras partes do padrão permanecem líquidas, e a estrutura pode então ser removida do polímero líquido, "disse Qi." A técnica é muito simples. "

A fotopolimerização frontal é um processo no qual um filme de polímero é continuamente curado de um lado em uma espessa camada de resina líquida. Na presença de forte atenuação de luz, a frente de solidificação inicia na superfície após a iluminação e se propaga para o lado do líquido conforme o tempo de irradiação aumenta. O processo pode ser delicadamente ajustado controlando o tempo de iluminação e a intensidade da luz, e o método foi usado para fabricar dispositivos microfluídicos e sintetizar micropartículas.

Os pesquisadores usaram diacrilato de poli (etilenoglicol) nesta demonstração, mas a técnica deve funcionar com uma ampla gama de polímeros fotocuráveis. Um corante laranja foi usado na demonstração, mas outros corantes podem produzir estruturas em uma gama de cores diferentes.

Para a prova de princípio, Zhao criou um padrão do PowerPoint manualmente. Para dimensionar o processo, o sistema pode ser conectado a uma ferramenta de desenho auxiliado por computador (CAD) para gerar padrões de tons de cinza mais precisos.

Qi acredita que a técnica poderia ser usada para produzir estruturas de até uma polegada de tamanho. "O auto-dobramento requer filmes relativamente finos, o que pode não ser possível em estruturas maiores, " ele disse.

Adicionado Qi, "Desenvolvemos uma abordagem simples para dobrar uma folha fina de polímero em estruturas complicadas de origami tridimensional. Nossa abordagem não é limitada por materiais específicos, e a padronização é tão simples que qualquer pessoa com PowerPoint e um projetor poderia fazer. "