globos programables allanar el camino para nuevos dispositivos de forma morphing-materiales

El equipo también desarrolló una estrategia de diseño inverso, un algoritmo que encuentra el diseño óptimo para el dispositivo inflable Kirigami que imitará una forma diana tras la inflación.

"Este trabajo proporciona una nueva plataforma para los dispositivos de la forma-cambiante y que podrían apoyar el diseño de herramientas médicas innovadoras, actuadores y estructuras reconfigurables," dijo Katia Bertoldi, el Danoff profesor William y Ami Kuan de Mecánica Aplicada de mares y autor principal del estudio .

La investigación se publica en Materiales Avanzados.

Un corte individuales en una Kirigami contribuye hoja a la forma más grande del balón como un pixel ayuda a formar una imagen sobre una superficie 2D. Los investigadores encontraron que mediante la regulación de los parámetros geométricos de estos recortes, que podían controlar e integrar formas complejas.

"Por variando únicamente dos parámetros de los píxeles, podemos programar todos los diferentes tipos de formas locas en los globos KIRIGAMI, incluyendo curvas, giros y expansiones," dijo Antonio Elia Forte, un compañero postdoctoral en mares y co-primer autor del estudio . "Nuestra estrategia nos permite diseñar de forma automática un globo morphable partir de la forma que usted necesita. Es un enfoque de abajo hacia arriba que por primera vez aprovecha la elasticidad del material, no sólo cinemática."

Usando estos parámetros, los investigadores desarrollaron un algoritmo inverso que podrían mezclar y combinar los píxeles de diferente anchura y altura, o eliminar ciertos píxeles en total, para conseguir la forma deseada. Mediante la manipulación de los parámetros de píxeles individuales, los investigadores fueron capaces de sintonizar formas a una escala mucho menor. Para demostrar esto, se programan un globo para imitar la forma de una calabaza (los experimentos se llevaron a cabo alrededor de Halloween) completo con los baches característicos y crestas a lo largo del lado.

"Mediante el control de la expansión en todos los niveles del globo Kirigami, podemos reproducir una variedad de formas de destino," Lishuai Jin, un estudiante graduado en mares y co-primer autor del artículo.

Los investigadores también hicieron globos KIRIGAMI en las formas de calabazas ahuecadas, ganchos y jarrones, lo que demuestra que la aproximación es suficientemente general para imitar cualquier forma dada.

A continuación, las investigaciones tienen como objetivo utilizar estos globos Kirigami como actuadores de forma cambiante para robots blandos. El trabajo establece una base para el diseño de estructuras en múltiples escalas: a partir de micro dispositivos quirúrgicos mínimamente invasivos para estructuras macro para la exploración espacial.

Esta investigación fue co-escrito por Bolei Deng y Ahmad Rafsanjani. Fue apoyado por la Fundación Nacional de Ciencia en virtud de concesiones N. DMR-1420570 y DMR-1922321.

fuente: Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences. "Programmable balloons pave the way for new shape-morphing devices: Kirigami balloons could be used in medical devices, soft robotics." ScienceDaily. ScienceDaily, 8 July 2020. <www.sciencedaily.com/releases/2020/07/200708121417.htm>.