Un nuevo enfoque para producir metamateriales se basa en técnicas de kirigami para hacer tridimensionales, bloques de construcción reconfigurables que se pueden utilizar para crear complejos, estructuras dinámicas. Debido a que el enfoque de diseño es modular, estas estructuras son fáciles de montar y desmontar.

"La aplicación de kirigami a materiales tridimensionales ofrece un nuevo nivel de reconfigurabilidad para estas estructuras, "dice Jie Yin, autor correspondiente de un artículo sobre el trabajo y profesor asociado de ingeniería mecánica y aeroespacial en la Universidad Estatal de Carolina del Norte.

Los investigadores son optimistas de que estos metamateriales 3D podrían utilizarse en aplicaciones como materiales de construcción ligeros para edificios, componentes para robótica modular y guiado de ondas en metamateriales acústicos.

Kirigami es una variación del origami que implica cortar papel, además de doblarlo. Si bien el kirigami se realiza con materiales bidimensionales, como el papel, Yin y sus colaboradores han aplicado los principios del kirigami a materiales tridimensionales que se cortan en cubos conectados.

Específicamente, los investigadores modelaron su nuevo enfoque utilizando una serie de ocho cubos de cartón conectados que están abiertos en dos lados. Piense en cada unidad de ocho cubos conectados como un bloque de construcción. Dependiendo de cómo estén conectados los cubos entre sí, estos bloques de construcción se pueden plegar en más de 300, 000 diseños diferentes.

"Piense en estas unidades kirigami como bloques de construcción versátiles que se pueden ensamblar para crear estructuras más grandes con diferentes propiedades mecánicas, "Yin dice." Además, las estructuras más grandes también se pueden desmontar, permitiendo a los usuarios volver a montar las unidades kirigami en nuevas estructuras ".

Para demostrar la utilidad del concepto, los investigadores crearon más de una docena de bloques de construcción reconfigurables. Cada bloque constaba de ocho cubos de papel conectados y podía reconfigurarse en ocho formas diferentes. El video destaca las formas en que cada unidad podría reconfigurarse en diferentes estructuras, cómo esas estructuras podrían ensamblarse en estructuras más grandes, y cómo las grandes estructuras ensambladas se podrían volver a desmontar en los bloques reconfigurables. (El video se puede ver en la parte superior de la página).

Dependiendo de la orientación de las paredes del cubo sólido y los lados abiertos en cada bloque, y la ubicación de cada bloque en la estructura más grande, la estructura se comportará de manera diferente. Esto permite a los usuarios ajustar las propiedades mecánicas de cada bloque de construcción. Por ejemplo, un solo bloque de construcción se puede plegar en una estructura que se puede comprimir fácilmente, o plegado en una forma diferente que sea capaz de soportar una carga significativa.

"El hecho de que pueda desmontar y reconfigurar estos metamateriales 3D permite a los usuarios alterar las propiedades mecánicas de una estructura según sea necesario para realizar diferentes tareas, "Yin dice." Dóblelo de una manera para que sea más fácil de comprimir, dóblelo de otra manera para permitir el movimiento lateral, dóblelo de una tercera manera para hacerlo rígido o mejorar su fuerza física, y así sucesivamente.

"Este trabajo se centró en demostrar el concepto fundamental, "Yin dice." Nuestro próximo paso es demostrar aplicaciones para el concepto ".

El papel, "Metamateriales programables modulares transformables en 3D basados ​​en Kirigami, "se publica en la revista Materiales funcionales avanzados .