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Morphing Metamaterial Erstellt mit Kirigami-Technik

Morphing Metamaterial Erstellt mit Kirigami-Technik

[Bildquelle: Universität Bristol]

Ein neues Metamaterial wurde von Ingenieuren der Universität Bristol unter Verwendung 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. Die neue Technik ermöglicht es, zelluläre Strukturen mit präzisen Schnitten zu konstruieren, die große Form- und Volumenänderungen hervorrufen, was zu einem leichten, starken Material führt. Die Formen können mit beweglichen Teilen erstellt werden, die zu extrem einstellbaren mechanischen Eigenschaften führen, wodurch sie geschickter als Origami sind.

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 modifiziert werden konnte.

(ein) Synklastische Krümmung in der geschlossenen Konfiguration. ((b) Zylinderkrümmung in der offenen Rec-Konfiguration. ((c) Eine offene Probe doppelt gefaltet. [Bildquelle Universität Bristol]

Die Formen können auch aus Thermoplasten oder duroplastischen Verbundwerkstoffen mit integrierter Abtastung und anderen elektronischen Systemen hergestellt werden, um eine "intelligente Form" zu erzeugen, die ihre Konfigurationen elektronisch ändern kann, während die Systemleistung überwacht wird. Das leichte Material ist ein ideales kompaktes Blech, das schnell in eine Vielzahl von Formen umgewandelt werden kann und mehrere mechanische Zwecke in Bereichen gewährleistet, die möglicherweise unterschiedliche Eigenschaften erfordern.

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 und Falten zu erzeugen die große Form- und Volumenänderungen und extrem gerichtete, einstellbare mechanische Eigenschaften erzeugen. "

"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 Anwendungen zur Formänderung 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


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