Uus lähenemisviis metamaterjalide tootmisel tugineb kirigami tehnikatele, kirjutab Scitechdaily.com. Sel moel on võimalik valmistada kolmemõõtmelisi, ümberkonfigureeritavaid ehitusplokke, mida saab kasutada keerukate ja dünaamiliste struktuuride loomiseks. Kuna disainilahendus on väga paindlik ja mitmekesine, on neid konstruktsioone lihtne kokku panna ja lahti võtta.

“Kirigami rakendamine kolmemõõtmelistele materjalidele, annab nendele struktuuridele uue ümberkonfigureeritavuse taseme,” ütleb Jie Yin – teadustöö autor, Põhja-Carolina osariigi ülikooli mehaanika- ja kosmosetehnika dotsent.

Teadlased on optimistlikud, et neid 3D -metamaterjale saab kasutada näiteks kergetes ehitusmaterjalides, modulaarse robootika komponentides ja akustiliste metamaterjalide lainejuhtimisel.

Kirigami on origami variatsioon, kus lisaks paberi voltimisele, seda ka lõigatakse. Kui kirigami valmistamisel kasutatakse kahemõõtmelisi materjale, näiteks paberit, siis Yin ja tema kolleegid on rakendanud kirigami põhimõtteid kolmemõõtmelistele materjalide loomisel.

Teadlased kasutasid kaheksat ühendatud pappkuubiku seeriat, mis on kahest küljest avatud. Iga kaheksast ühendatud kuubikust koosnev üksus on kui ehitusplokk. Sõltuvalt sellest, kuidas kuubikud on omavahel ühendatud, saab neid plokke kokku voltida rohkem kui kolmesaja tuhandel erineval moel.

“Mõelgem nendele kirigamiüksustele kui mitmekülgsetele ehitusplokkidele, mida saab kokku panna, luues suuremaid konstruktsioone, millel on erinevad mehaanilised omadused,” ütleb Yin. “Veelgi enam, neid konstruktsioone saab ka lahti võtta, andes kasutajatele võimaluse kirigami üksused uuteks struktuurideks kokku panna.”

Kontseptsiooni kasulikkuse demonstreerimiseks lõid teadlased üle tosina ümberkonfigureeritava ehitusploki. Iga plokk koosnes kaheksast ühendatud paberikuubikust ja selle sai ümber kujundada kaheksaks erinevaks kujuks. Video toob välja viisid, kuidas igat üksust saaks ümber ehitada erinevateks struktuurideks, kuidas neid saaks kokku panna suuremateks struktuurideks ja kuidas kokku pandud suuri konstruktsioone saaks uuesti plokkideks lahti võtta.

Sõltuvalt kuubiku seinte ja avatud külgede profiilist igas plokis ning iga ploki paigutusest suuremasse struktuuri, käitub see erinevalt. See võimaldab kasutajatel häälestada iga ehitusploki mehaanilisi omadusi. Näiteks võib ühe ehitusploki voltida konstruktsiooniks, mida saab kergesti kokku suruda või erineva kujuga kokku voltida ja mis on võimeline kandma märkimisväärset koormust.

“Asjaolu, et saate neid 3D -metamaterjale lahti võtta ja uuesti konfigureerida, võimaldab kasutajatel struktuuri mehaanilisi omadusi vastavalt vajadusele erinevate ülesannete täitmiseks.