p Uma nova técnica que imita a antiga arte japonesa de kirigami pode oferecer uma maneira mais fácil de fabricar nanoestruturas 3D complexas para uso em eletrônica, fabricação e cuidados de saúde. p Kirigami aprimora a forma de arte japonesa do origami, que envolve dobrar papel para criar projetos estruturais 3D, incorporando estrategicamente cortes ao papel antes de dobrá-lo. O método permite que os artistas criem estruturas tridimensionais sofisticadas com mais facilidade.

p "Usamos kirigami em nanoescala para criar nanoestruturas 3D complexas, "disse Daniel Lopez, Penn State Liang Professor de Engenharia Elétrica e Ciência da Computação, e líder da equipe que publicou esta pesquisa em Materiais avançados . "Essas estruturas 3D são difíceis de fabricar porque os processos atuais de nanofabricação são baseados na tecnologia usada para fabricar microeletrônicos que usam apenas planos, ou plano, filmes. Sem técnicas de kirigami, estruturas tridimensionais complexas seriam muito mais complicadas de fabricar ou simplesmente impossíveis de fazer. "

p Lopez disse que se a força for aplicada a um filme estrutural uniforme, nada realmente acontece além de esticar um pouco, como o que acontece quando um pedaço de papel é esticado. Mas quando cortes são introduzidos no filme, e as forças são aplicadas em uma determinada direção, uma estrutura aparece, semelhante a quando um artista de kirigami aplica força a um papel cortado. A geometria do padrão plano de cortes determina a forma da arquitetura 3D.

p "Demonstramos que é possível usar métodos convencionais de fabricação planar para criar diferentes nanoestruturas 3D a partir da mesma geometria de corte 2D, "Lopez disse." Ao introduzir mudanças mínimas nas dimensões dos cortes no filme, podemos mudar drasticamente a forma tridimensional das arquiteturas pop-up. Demonstramos dispositivos em nanoescala que podem inclinar ou alterar sua curvatura apenas alterando a largura dos cortes em alguns nanômetros. "

p Este novo campo da nanoengenharia no estilo kirigami permite o desenvolvimento de máquinas e estruturas que podem mudar de uma forma para outra, ou metamorfose, em resposta às mudanças no ambiente. Um exemplo é um componente eletrônico que muda de forma em temperaturas elevadas para permitir mais fluxo de ar dentro de um dispositivo para evitar o superaquecimento.

p "Esta técnica de kirigami permitirá o desenvolvimento de componentes eletrônicos flexíveis adaptativos que podem ser incorporados em superfícies com topografia complicada, como um sensor apoiado no cérebro humano, "Lopez disse." Poderíamos usar esses conceitos para projetar sensores e atuadores que podem mudar de forma e configuração para executar uma tarefa com mais eficiência. Imagine o potencial de estruturas que podem mudar de forma com mudanças minúsculas de temperatura, iluminação ou condições químicas. "

p Lopez concentrará suas pesquisas futuras na aplicação dessas técnicas de kirigami a materiais com a espessura de um átomo, e atuadores finos feitos de piezoelétricos. Esses materiais 2D abrem novas possibilidades para aplicações de estruturas induzidas por kirigami. Lopez disse que seu objetivo é trabalhar com outros pesquisadores do Instituto de Pesquisa de Materiais da Penn State (MRI) para desenvolver uma nova geração de máquinas em miniatura que são atomicamente planas e são mais responsivas às mudanças no ambiente.

p "A MRI é líder mundial na síntese e caracterização de materiais 2D, que são os filmes finos definitivos que podem ser usados ​​para engenharia kirigami, "Lopez disse." Além disso, incorporando materiais piezoelétricos e ferroelétricos ultrafinos em estruturas de kirigami, vamos desenvolver estruturas ágeis e que mudam de forma. Essas micro-máquinas que se transformam em formas seriam muito úteis para aplicações em ambientes hostis e para administração de medicamentos e monitoramento de saúde. Estou trabalhando para fazer da Penn State e da MRI o lugar onde desenvolvemos essas máquinas super pequenas para uma variedade específica de aplicações. "