Harvard 연구원은 Kirigami를 사용하여 프로그래밍 가능한 메타물질을 구축합니다.

키리가미는 종이를 접은 다음 원하는 모양으로 능숙하게 자르는 일본 종이 자르기 기술입니다. 종이를 펼치면 완성된 키리가미가 보입니다. 단순한 kirigami는 오각형이나 눈송이와 같이 대부분 대칭입니다.

최근 몇 년 동안 과학자들은 이 기술을 사용하여 사각형을 원으로 바꾸고 2D 모양을 3D 모양으로 바꾸고 뱀에서 영감을 받은 로봇을 개발하기까지 했습니다. 이것은 시작에 불과합니다. 이 기술은 가까운 장래에 다양한 응용 분야에 적용될 수 있습니다.

최근 Harvard University의 연구원들은 kirigami 표면을 프로그래밍하는 프레임워크를 개발하여 이러한 구조가 웨어러블 장치, 신축성 전자 장치, 모양 변경 로봇 등에 사용될 수 있도록 했습니다.

Kirigami 메타 물질은 스트레칭 시 쉽게 절단되고 복잡한 3차원 구성으로 변형될 수 있습니다. kirigami 구조에 계층 구조를 도입하면 밴드 갭의 신축성과 조정 가능성을 높일 수 있으므로 기능이 더욱 향상됩니다.

지금까지 계층적 키리가미 메타물질에 대한 연구는 두꺼운 시트의 면내 변형에 중점을 두었습니다. 이 작업에서 연구원들은 얇은 계층 구조의 종이접기 시트와 면외 좌굴 거동을 조사했습니다.

참조:고급 기능 재료 | DOI:10.1002/adfm.201906711 | 하버드 대학교

그들은 레이저 절단을 사용하여 시트를 일련의 정사각형 모양의 상자로 나눴습니다. 그런 다음 다른 수준의 컷을 사용하여 이 상자를 더 작은 사각형으로 세분화했습니다.

메타 물질이 늘어나면 첫 번째 및 두 번째 수준의 컷이 모두 반응합니다(두 번째 수준의 컷은 더 풍부한 반응 세트를 추가함).

연구팀은 각 레벨에서 시트의 두께와 절단 폭을 신중하게 선택하여 기계적 메타 물질을 프로그래밍할 수 있음을 발견했습니다.

그들이 성취한 것을 보여주기 위해 프로그램 가능한 계층적 종이접기 시트를 펼쳐서 "I Love HU"라는 메시지를 표시하고 크리스마스 트리와 같은 특정 모양을 보여줍니다.

요약하면, 두 개 이상의 계층적 패턴이 함께 혼합되어 하나의 이질적인 표면을 형성할 때 연구원은 기계적 응답을 추가로 구성하고 적용된 기계적 변형을 통해 데이터를 암호화하고 읽을 수 있습니다.

이 연구에서 개발된 기술은 형태학적 계산 및 프로그래밍 가능한 메타물질 분야에 기여합니다. 또한 다양한 기능을 갖춘 스마트한 소프트 스킨을 디자인할 수 있는 새로운 기회를 제공합니다.

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재료의 기계적 특성에 대한 제어가 향상됨에 따라 계층적 키리가미 표면을 소프트 로봇 공학에 통합하여 환경에 따라 마찰 수준을 변경하는 스마트 디스플레이, 촉각 센서 또는 스킨을 구축할 수 있습니다.

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