[Bildquelle : Universität Bristol ]
Ein neues Metamaterial wurde von Ingenieuren der Universität Bristol mit einer alten japanischen Technik namens Kirigami erstellt.
Kirigami, auf dem die zellulären Metamaterialien basieren, ist eine japanische Kunstform, bei der Papier geschnitten und gefaltet wird, um eine 3D-Form zu erhalten. Mit der neuen Technik können zelluläre Strukturen mit präzisen Schnitten konstruiert werden, die große Form- und Volumenänderungen bewirkenDie Formen können mit beweglichen Teilen hergestellt werden, die zu extrem einstellbaren mechanischen Eigenschaften führen und es geschickter als Origami machen.
Die Forschung zur Untersuchung der Lebensfähigkeit von Kiragami-Strukturen wurde in einem Promotionsprogramm abgeschlossen, das vom EPSRC-Zentrum für Doktorandenausbildung in fortschrittlichen Verbundwerkstoffen für Innovation und Wissenschaft ACCIS CDT der Universität durchgeführt wurde und kürzlich in veröffentlicht wurde. Wissenschaftliche Berichte.
Das Experiment des Doktoranden Robin Neville untersuchte die mechanischen Eigenschaften eines Kiragami-Objekts, das formverändernde Eigenschaften aufwies und dessen Konfiguration durch eine Methode von Betätigungsmechanismen geändert werden konnte.
a Synklastische Krümmung in der geschlossenen Konfiguration. b Zylinderkrümmung in der offenen Rec-Konfiguration. c Eine offene Rec-Probe, doppelt gefaltet.[Bildquelle Universität Bristol ] Die Formen können auch aus Thermoplasten oder duroplastischen Verbundwerkstoffen mit integrierter Sensorik und anderen elektronischen Systemen hergestellt werden, um eine "intelligente Form" zu erstellen, die ihre Konfigurationen elektronisch ändern und gleichzeitig die Systemleistung überwachen kann. Das leichte Material ist eine ideale kompakte Folie, die dies kannschnell in eine Vielzahl von Formen umgewandelt werden, um mehrere mechanische Zwecke in Bereichen zu gewährleisten, die unterschiedliche Eigenschaften erfordern können.
Fabrizio Scarpa, Professor für intelligente Materialien und Strukturen in der Abteilung für Luft- und Raumfahrttechnik und ACCIS, sagt
"Mechanische Metamaterialien weisen durch die Form und Verformung ihrer konstruierten Untereinheiten ungewöhnliche Eigenschaften auf. Unsere Forschung präsentiert eine neue Untersuchung der Kinematik einer Familie zellulärer Metamaterialien auf der Grundlage von Kirigami-Konstruktionsprinzipien. Diese Technik ermöglicht es uns, zelluläre Strukturen mit konstruierten Schnitten zu erzeugenund Falten, die große Form- und Volumenänderungen hervorrufen und extrem gerichtete, abstimmbare mechanische Eigenschaften aufweisen. "
Robin Neville, Doktorand durch Hinzufügen fortgesetzt
"Durch die Kombination von analytischen Modellen und numerischen Simulationen haben wir gezeigt, wie diese zellulären Kirigami-Metamaterialien ihre Verformungseigenschaften ändern können. Wir haben auch das Potenzial gezeigt, diese Klassen mechanischer Metamaterialien für Formänderungsanwendungen wie Morphing-Strukturen zu verwenden."
Zukünftige Änderungen an der Technik könnten in der Robotik implementiert werden, modifizierbare Strukturen für Luft- und Raumfahrttechnologien und sogar Antennen, um die Frequenzen zu ändern, die sie empfangen kann.
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Geschrieben von Maverick Baker