㊙ 绝密 | 日本惊艳世人的剪纸艺术中诞生的超材料

复合材料玻璃钢

“Kirigami”是一种古代日本的剪纸艺术,是一种通过切割和折叠纸张来获得三维形状的剪纸技术。

在世人的概念里,剪纸只是一项民间艺术,而超材料指的是一类具有天然材料所不具备的超常物理性质的人工复合结构或复合材料。如果之前有人说剪纸艺术能够创造出超材料,那一定会被认为是异想天开。但是现在,这项技术已经成为了现实——布里斯托大学的工程师们使用这种剪纸技术开发了一种新的变形材料。

目前,超材料普遍应用于制造人工电磁、振动吸收器和高性能的传感器。作新兴发展起来的复合材料,研究者们在过去的几年找寻研发超材料的新方法的过程中,发现超材料具有形状可调的性能。

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因此他们开始对日本的折纸和剪纸艺术产生兴趣,并开始着手将这种艺术手法应用于超材料的研发上。在这项新的研发过程中,研究者们基于拓补折纸和剪纸技术来创建一种超材料,使其具有一个边缘很柔软,而另一个边缘仍然能保持坚硬的性质。也就是说,依据剪纸技术,用单一的材料制备两种完全不同的拓扑相。

在长久的研究中,科学家发现,“剪纸”艺术可以用于将二维薄板材料转化为复杂的三维几何图形的形状,并且有着比传统的“折纸”技术更广泛的可选择性。使用这种“剪纸”艺术所制造出来的机械超材料可以无缝地改变形状,在微小几何形变条件下依旧可以表现出机械性能的大幅变化,还能通过主流驱动机制适应形状的改变。

玻璃钢复合材料

现阶段,“剪纸”超材料可以由当前已有的热塑性或者热固性复合材料制造出来,只要嵌入不同的传感和电子系统中就可以获得全集成的智能变形结构。

ACCIS航天工程系的智能材料与结构教授法布里奇·奥斯卡帕表示:“这项研究提出了一种基于‘剪纸’艺术设计思想的多孔超材料制造方法。这种技术允许我们通过工程切割和折叠获得大尺寸、大体积变形,并具有高定向、可调节机械性能的多孔超材料。”
据发布里奇介绍,这种超材料未来可用于制造机器人、飞机等机体所需要的的变形结构,或者制造微波和智能天线等。

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