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I materiali autopieganti si assemblano autonomamente nei robot

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Kirigami ha ispirato i ricercatori della North Carolina State University a progettare i fogli sottili di un nuovo materiale in grado di trasformare da forme 2D a strutture 3D.

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Materiali dinamici che si possono muovere e assemblare autonomamente in forme diverse sono la via da seguire per i ricercatori di scienza dei materiali che hanno già inventato una serie di materiali nuovi con queste caratteristiche.

Le tecniche Kirigami hanno ispirato un team di ricerca della North Carolina State University a sviluppare sottili fogli di materiale che possono trasformarsi automaticamente in forme 2D e strutture 3D in risposta agli stimoli dell'ambiente. Come gli origami più conosciuti, il kirigami è una forma d'arte cartaria giapponese in cui un singolo pezzo di carta viene tagliato e piegato per creare nuove forme e strutture.

In particolare, il team guidato da Jie Yin, professore assistente di ingegneria meccanica e aerospaziale dell'università, ha creato una varietà di robot a partire dal materiale che possono trasformare da modelli kirigami 2D in strutture 3D senza input meccanici. "Invece, applichiamo l'energia sotto forma di calore, e il materiale si riorganizza", ha detto Yin, aggiungendo che i materiali rappresentano una novità assoluta per questo tipo di comportamento.

Creazione di 'Kirigami attivo'

I ricercatori hanno pubblicato un video online su YouTube che mostra come funzionano i robot di ispirazione kirigami. Il concetto, che i ricercatori chiamano "kirigami attivo", utilizza un materiale a tre strati composto da due strati che non rispondono al calore, oltre a uno strato di polimero nel mezzo che si contrae in risposta al calore.

Il team ha usato due modi per controllare la forma e la struttura del materiale, hanno detto i ricercatori. Uno è che hanno creato dei tagli trasversali che sono penetrati in tutti e tre gli strati del materiale, controllandone il raggio di movimento.

L'altro metodo di controllo è attraverso l'incisione che penetra gli strati esterni ed espone il polimero termo-responsabile, hanno detto i ricercatori. Queste incisioni controllano l'angolo e la direzione in cui il materiale si piega, oltre a quanto si piega, hanno detto. Ciò comporta l'apertura dei fori passanti mentre il materiale si piega, che sposta la forma delle lamiere in disegni 2D o 3D, secondo Yin.

"Possiamo realizzare un modello 2D con lo stesso schema di tagli trasversali e utilizzarlo per creare molte strutture 3D diverse apportando lievi modifiche all'incisione", ha detto Yin. "Questo rende effettivamente programmabili i fogli kirigami attivi"

I ricercatori hanno pubblicato un articolo sul loro lavoro sulla rivista Proceedings of the National Academy of Sciences.

Robot Kirigami

I ricercatori hanno dimostrato come funzionano i materiali creando diverse macchine kirigami termo-responsabili in varie forme. Queste macchine includono semplici dispositivi di presa robotizzati e scatole auto-pieghevoli.

Il team ha anche creato un dispositivo più complesso che mostra una maggiore gamma di capacità del materiale di muoversi e assemblare autonomamente sotto forma di un robot morbido con un corpo kirigami e gambe pneumatiche. Cambiando l'orientamento del corpo, i ricercatori hanno dimostrato come possono riposizionare rapidamente le gambe, cambiando la direzione di movimento del robot, hanno detto.