Les « coupes Kirigami  » peuvent être utilisées pour créer des microstructures 3D et des nano-outils

Les ingénieurs peuvent apprendre beaucoup des formes artistiques japonaises de pliage de papier, des batteries bon marché fabriquées à partir de papier et d’eau aux petits robots activés par la chaleur. Bien que l’origami retienne beaucoup l’attention, une variante de ce kirigami a également beaucoup à offrir. Une équipe de scientifiques a fait passer cette technique à l’échelle nanométrique pour la première fois, une percée qui, selon eux, ouvre de nouvelles possibilités dans des applications allant de la robotique à l’aérospatiale.

Le Kirigami ressemble beaucoup à l’origami, sauf que non seulement le papier est plié pour créer différentes formes, mais il est également soigneusement découpé à des endroits choisis pour obtenir le produit fini. Récemment, nous avons vu des ingénieurs s’inspirer de cette forme d’art pour développer de nouvelles cellules solaires qui se tordent pour suivre le Soleil, des serpents robotiques qui se propulsent et des ballons programmables qui se gonflent en formes folles.

Ces types de structures sont obtenus grâce à des coupes géométriques placées très précisément qui donnent à des films très minces de matériaux des ensembles uniques de propriétés, mais uniquement à l’échelle macroscopique, ou ce que l’on peut voir à l’œil humain jusqu’à présent. Les scientifiques de l’Université Northwestern ont maintenant réussi à appliquer cette technique à des structures mesurées à l’échelle nanométrique. Pour référence, un cheveu humain mesure environ 100 000 nanomètres de large.

L’équipe a commencé avec des films ultra-minces et a réalisé des coupes de kirigami soigneusement placées à travers eux. Les contraintes résiduelles dans ces films créent alors des instabilités structurelles, qui à leur tour provoquent des déplacements dans et autour des coupes pour transformer le matériau 2D en une structure 3D d’ingénierie. Les coupes peuvent être variées pour créer des matériaux qui se plient et se tordent et pour créer des formes 3D inhabituelles, à la fois symétriques et asymétriques.

Une nouvelle technique d’ingénierie inspirée du kirigami permet aux scientifiques de créer une gamme de matériaux de pliage, de torsion et de pliage

Selon les chercheurs, ces formes pourraient trouver une utilisation dans toutes sortes de domaines, des minuscules pinces robotiques aux modulateurs spatiaux de lumière pour les applications optiques, en passant par le contrôle du flux des ailes d’avion. À partir de là, l’équipe prévoit de continuer à explorer le potentiel des techniques d’ingénierie kirigami, y compris la possibilité d’incorporer des actionneurs pour le déploiement ou le contrôle du produit fini.

«En combinant la nanofabrication, l’expérimentation de microscopie in situ et la modélisation informatique, nous avons démêlé le comportement riche des structures de kirigami et identifié les conditions de leur utilisation dans des applications pratiques», explique Horacio Espinosa, qui a dirigé la recherche.

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.202005275

https://news.northwestern.edu/stories/2020/12/kirigami-engineering/#.X-I616M3PPI.twitter