“Pemotongan Kirigami” – Bentuk Seni Jepang Menginspirasi Teknik Teknik Baru

Pencarian baru memungkinkan setiap pola kirigami dilipat menjadi beberapa bentuk. Kredit: Universitas Northwestern

‘Potongan Kirigami’ dapat digunakan untuk membuat mikrostruktur 3D dan nanotools.

Kepingan salju kertas, buku anak-anak populer, dan kartu kertas yang rumit menarik lebih dari sekadar pengrajin. Sebuah tim dari Universitas Northwestern insinyur menggunakan ide yang diambil dari praktik melipat kertas untuk menciptakan alternatif canggih untuk pencetakan 3D.

Kirigami berasal dari kata Jepang “kiru” (potong) dan “kami” (kertas) dan merupakan bentuk seni tradisional di mana kertas dipotong dengan tepat dan diubah menjadi objek 3D. Menggunakan film tipis dari bahan dan perangkat lunak untuk memilih bentuk geometris yang tepat, insinyur dapat membuat berbagai macam struktur kompleks yang terinspirasi oleh praktik.

Penelitian, yang diterbitkan pada tahun 2015, menunjukkan harapan dalam model pembuatan “pop-up” kirigami. Dalam iterasi ini, struktur seperti pita yang dibuat oleh potongan adalah bentuk terbuka, dengan kemampuan terbatas untuk mendapatkan bentuk tertutup. Penelitian lain berdasarkan inspirasi yang sama terutama menunjukkan bahwa kirigami dapat diterapkan pada skala makro dengan bahan sederhana seperti kertas.

Namun sebuah penelitian baru diterbitkan 22 Desember 2020 di jurnal tersebut Material Lanjutan memajukan proses satu langkah lebih jauh.

Horacio Espinosa, profesor teknik mesin di McCormick School of Engineering, mengatakan timnya telah mampu menerapkan konsep desain dan kirigami ke struktur nano. Espinosa memimpin penelitian dan James N. dan Nancy J. Farley Profesor Manufaktur dan Kewirausahaan.

“Dengan menggabungkan nanofabrikasi, eksperimen mikroskop in-situ, dan pemodelan komputasi, kami mengungkapkan perilaku kaya struktur kirigami dan mengidentifikasi kondisi untuk penggunaannya dalam aplikasi praktis,” kata Espinosa.

Para peneliti mulai dengan membuat struktur 2D menggunakan metode canggih dalam pembuatan semikonduktor dan dengan hati-hati menempatkan “potongan kirigami” pada film ultra-tipis. Ketidakstabilan struktural yang disebabkan oleh tegangan sisa dalam film kemudian menciptakan struktur 3D yang terdefinisi dengan baik. Struktur kirigami yang direkayasa dapat digunakan dalam banyak aplikasi mulai dari mencubit mikroskopis (misalnya, pengumpulan sel) hingga modulator cahaya spasial untuk mengontrol aliran di sayap pesawat. Kemampuan ini memberikan teknik untuk aplikasi potensial dalam perangkat biomedis, pengumpulan energi, dan ruang angkasa.

Biasanya, ada batasan jumlah bentuk yang dapat dibuat oleh satu motif kirigami. Tetapi dengan menggunakan variasi ukuran, tim dapat mendemonstrasikan kelengkungan film dan torsi yang menghasilkan variasi bentuk yang lebih luas – termasuk konfigurasi simetris dan asimetris. Para peneliti telah menunjukkan untuk pertama kalinya bahwa struktur mikroskopis, menggunakan ketebalan film beberapa puluh nanometer, dapat mengambil bentuk 3D yang tidak biasa dan menghadirkan fungsionalitas yang lebih luas.

Misalnya, microcracks elektrostatis dibeli, yang mungkin keras pada sampel lunak. Sebaliknya, pinset berbasis kirigami dapat direkayasa untuk mengontrol gaya cengkeraman secara tepat dengan menyesuaikan jumlah elongasi. Dalam aplikasi ini dan lainnya, kemampuan untuk merancang lokasi cut-off dan memprediksi perilaku struktural berdasarkan simulasi komputer mengeluarkan trial and error, menghemat uang dan waktu dalam prosesnya.

Saat penelitiannya berlanjut, Espinosa mengatakan timnya berencana untuk mengeksplorasi beragam desain kirigami, termasuk konfigurasi array, untuk mendapatkan fitur sebanyak mungkin. Bidang lain untuk penelitian masa depan adalah penggabungan aktuator terdistribusi untuk penyebaran dan pengendalian kirigami. Melihat lebih jauh ke dalam teknik ini, tim percaya bahwa kirigami dapat berimplikasi pada arsitektur, kedirgantaraan, dan teknik lingkungan.

Referensi: “Struktur Teknik-Skala Nano Kirigami yang Memperlihatkan Rentang Konfigurasi 3D yang Dapat Dikontrol” oleh Xu Zhang, Lior Medina, Haogang Cai, Vladimir Aksyuk, Horacio D. Espinosa dan Daniel Lopez, 22 Desember 2020, Material Lanjutan.
DOI: 10.1002 / adma.202005275

Makalah, “Engineering Kirigami: Nanoscale Structures Presenting a Range of Controllable Configurations,” didukung oleh Departemen Energi Amerika Serikat (nomor kontrak DE-AC02-06CH11357). Rekan penulis pertama adalah Espinosa dan David Lopez di Penn State.

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Skrining sinar-X mengidentifikasi obat yang menjanjikan untuk pengobatan COVID-19

Sebuah tim peneliti, termasuk ilmuwan MPSD, telah mengidentifikasi beberapa kandidat untuk melawan obat tersebut SARS-CoV-2 coronavirus menggunakan sumber cahaya sinar-X PETRA III di German...

Teori konspirasi memengaruhi perilaku kita – bahkan jika kita tidak mempercayainya!

Paling tidak karena COVID-19 pandemi, teori konspirasi lebih relevan dari sebelumnya. Mereka diberitakan dan didiskusikan di hampir semua media dan komunikasi. Tapi...

“Doodle Ringan” Nyata dalam Waktu Nyata

Para peneliti di Tokyo Metropolitan University telah merancang dan menerapkan algoritme yang disederhanakan untuk mengubah garis yang digambar secara bebas menjadi hologram pada CPU...

Teleskop Webb NASA menyertakan tabir surya seukuran lapangan tenis untuk perjalanan jutaan kilometer

Kedua wajah tabir surya James Webb Space Telescope dinaikkan secara vertikal untuk mempersiapkan pelipatan lapisan tabir surya. Kredit: NASA / Chris Gunn Insinyur bekerja...

Mineralogi Hangat Global Mengelola Pusat Perlindungan Kehidupan Batin

Tim lapangan DeMMO dari kiri ke kanan: Lily Momper, Brittany Kruger, dan Caitlin Casar mengambil sampel air yang meledak dari toilet DeMMO. Pendanaan:...

Newsletter

Subscribe to stay updated.