Os pesquisadores demonstraram como as técnicas inspiradas no kirigami lhes permitem projetar folhas finas de material que se reconfiguram automaticamente em novas formas bidimensionais (2-D) e estruturas tridimensionais (3-D) em resposta a estímulos ambientais. Os pesquisadores criaram uma variedade de dispositivos robóticos como prova de conceito para a abordagem.

"Este é o primeiro caso que conhecemos em que os padrões de kirigami 2-D se remodelam autonomamente em estruturas 3-D distintas sem entrada mecânica, "diz Jie Yin, professor assistente de engenharia mecânica e aeroespacial na North Carolina State University e autor correspondente de um artigo sobre o trabalho. "Em vez de, aplicamos energia na forma de calor, e o material se reorganiza. "

Kirigami é uma forma de arte em que uma única folha de papel é cortada e dobrada para criar novas formas e estruturas.

O novo conceito de "kirigami ativo" se baseia em um material de três camadas, consistindo em duas camadas externas que não respondem ao calor, e uma camada de polímero no meio que se contrai em resposta ao calor. A forma e a estrutura do material são controladas de duas maneiras. Cortes transversais, que penetram todas as três camadas, controlar a amplitude de movimento do material. Gravuras, que penetram nas camadas externas e expõem o polímero responsivo ao calor, controlar o ângulo e a direção em que o material se dobra, bem como até que ponto ele dobra. À medida que o material se dobra, abre as passagens, mudando a forma das folhas em designs 2-D ou 3-D.

O vídeo ilustrando como funciona o kirigami ativo pode ser visto abaixo:

"Podemos fazer um modelo 2-D com o mesmo padrão de cortes transversais e usá-lo para criar muitas estruturas 3-D diferentes, fazendo pequenas alterações na gravação, "Yin diz." Isso efetivamente torna as folhas de kirigami ativas programáveis. "

Como parte de sua prova de conceito, pesquisadores usaram sua abordagem kirigami para criar um conjunto de máquinas kirigami termorresponsivas, incluindo dispositivos de pega simples e caixas auto-dobráveis. Os pesquisadores também criaram um robô macio com corpo de kirigami e pernas pneumáticas. Ao mudar a orientação do corpo, os pesquisadores puderam reposicionar rapidamente as pernas, mudando a direção do movimento do robô. Vídeo das máquinas de prova de conceito:

"Usamos um polímero termicamente reativo para este trabalho, mas não há razão para pensar que outros materiais poliméricos responsivos a estímulos, como cristais líquidos fotoativos, não funcionariam tão bem, "Diz Yin." Estamos entusiasmados em explorar a gama potencial de aplicativos para esses programáveis, materiais kirigami ativos. "

O papel, "Metassheets kirigami ativos programáveis ​​com mais liberdade de atuação, "será publicado no Proceedings of the National Academy of Sciences .