Прогресс основан на более ранней работе той же исследовательской группы, которая сосредоточилась на самоскладывающихся трехмерных структурах. Ключевым преимуществом здесь является то, что вместо того, чтобы складывать пластик по резким линиям — в многоугольные формы, такие как кубы или пирамиды, — пластик изгибается и изгибается.Исследователи Майкл Дики, профессор химической и биомолекулярной инженерии в NC State, и Ян Гензер, заслуженный профессор С. Франк и Дорис Калберсон в том же отделе, были первыми лидерами в области самосгибающихся трехмерных структур. В своей знаменательной статье 2011 года исследователи описали технику, в которой обычный струйный принтер используется для печати жирных черных линий на предварительно напряженном пластиковом листе.
Затем пластиковый лист разрезали по желаемому рисунку и помещали в инфракрасный свет, такой как тепловая лампа.Печатные линии поглощали больше энергии инфракрасного света, чем остальной материал, заставляя пластик нагреваться и сжиматься, создавая шарнир, который складывал листы в трехмерные формы.
Изменяя ширину печатных линий или петель, исследователи смогли изменить, насколько далеко и как быстро каждая петля складывается. Этот метод совместим с коммерческими методами печати, такими как трафаретная печать, печать с рулона на рулон и струйная печать, которые являются недорогими и высокопроизводительными, но по своей сути являются двухмерными.
Но теперь они используют похожий подход для достижения совсем другого результата.«Контролируя количество линий и распределение чернил на поверхности материала, мы можем производить любое количество изогнутых форм», — говорит Дики, соавтор статьи о самозакручивающемся пластике. «Для всех форм используется одинаковое количество чернил; все зависит от того, где чернила наносятся на пластик».«Наша работа была вдохновлена природой, потому что естественные формы редко включают четкие складки, вместо этого выбирая кривизну», — говорит Эмбер Хаббард, аспирант в NC State и соавтор статьи. «И мы обнаружили, что для создания функциональных объектов нам часто приходилось использовать комбинацию изогнутых и складчатых форм.«Другие исследователи разработали методы создания самоизгибающихся материалов, но они сделали это с использованием мягких материалов, таких как гидрогели», — добавляет Хаббард. «Наша работа — первая попытка сделать то же самое с использованием термопластов, которые прочнее и жестче, чем мягкие материалы.
Это делает их более привлекательными для использования при выполнении некоторых практических действий, таких как захват объекта».«Материалы, с которыми мы работаем, также сохраняют свою форму даже после того, как свет убирается», — говорит Рассел Мейлен, аспирант из штата Северная Каролина и соавтор статьи. «Это преимущество, потому что мягкие материалы меняют форму только под воздействием растворителя, а после удаления из растворителя они теряют свою форму».Исследователи также разработали вычислительную модель, которую можно использовать для прогнозирования трехмерной формы, которая будет получена с помощью любого заданного печатного рисунка.
«Одна из наших целей — доработать эту модель, которую разработал Мейлен», — утверждает Гензер, соавтор-корреспондент. «В конечном счете, мы хотели бы иметь возможность ввести желаемую трехмерную форму в модель и создать узор, который мы можем распечатать и создать».Примечание: видео, демонстрирующее эту технику, можно посмотреть на https://www.youtube.com/watch?v=2Iqq8lIrri8feature=youtu.be.