balões programáveis ​​pavimentar o caminho para novos dispositivos de morphing forma materiais

Uma equipa de investigadores projetou que podem controlar e moldar um balão em formas pré-programados. O sistema utiliza folhas kirigami - folhas finas de material com cortes periódicos - incorporado dentro de um dispositivo inflável.

A equipe também desenvolveu uma estratégia de design inverso, um algoritmo que encontra o design ideal para o dispositivo inflável kirigami que irá imitar uma forma de destino sobre a inflação.

"Este trabalho oferece uma nova plataforma para dispositivos de morphing de forma que pudesse suportar a concepção de ferramentas médicas inovadoras, atuadores e estruturas reconfiguráveis", disse Katia Bertoldi, o William e Ami Kuan Danoff Professor de Mecânica Aplicada em MARES e autor sênior do estudo .

A pesquisa é publicada em Materiais Avançados.

Um corte de um indivíduo em kirigami contribui folha para a maior forma do balão como um pixel ajuda a formar uma imagem sobre uma superfície 2D. Os pesquisadores descobriram que ajustando os parâmetros geométricos desses cortes, eles poderiam controlar e incorporar formas complexas.

"Ao variando apenas dois parâmetros dos pixels, podemos programar todos os tipos diferentes de formas loucas para os balões kirigami, incluindo curvas, voltas e expansões", disse Antonio Elia Forte, um pós-doutorado na SEAS e co-primeiro autor do estudo . "Nossa estratégia nos permite projetar automaticamente um balão morphable a partir da forma que você precisa. É uma abordagem bottom-up, que pela primeira vez utiliza a elasticidade do material, não só cinemática."

Usando estes parâmetros, os pesquisadores desenvolveram um algoritmo inverso que poderia misturar e combinar pixels de diferentes largura e altura ou excluir certas pixels no total, para atingir a forma desejada. Ao manipular os parâmetros de pixels individuais, os pesquisadores foram capazes de formas sintonizar em uma escala significativamente menor. Para demonstrar isso, eles programado um balão para imitar a forma de um squash (os experimentos ocorreu por volta das Bruxas) completo com os solavancos característicos e sulcos ao longo do lado.

"Ao controlar a expansão em todos os níveis do balão kirigami, podemos reproduzir uma variedade de formas de destino", Lishuai Jin, um estudante graduado em MARES e co-primeiro autor do papel.

Os pesquisadores também fez balões kirigami nas formas de cabaças calabash, ganchos e vasos, demonstrando que a abordagem é bastante geral para imitar qualquer forma.

Em seguida, as pesquisas visam utilizar estes balões kirigami como atuadores de mudança de forma de robôs moles. O trabalho estabelece uma base para a concepção de estruturas em múltiplas escalas: de micro dispositivos cirúrgicos minimamente invasivos para macroestruturas para a exploração do espaço.

Esta pesquisa foi co-autoria de bolei Deng e Ahmad Rafsanjani. Foi apoiado pela National Science Foundation, Grants No. DMR-1420570 e DMR-1922321.

fonte: 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>.