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一种制造超材料的新方法借鉴了Kirigami技术，以制作三维可重构的构建块，可用于创建复杂的动态结构。由于设计方法是模块化的，因此这些结构易于组装和拆卸。
“将Kirigami应用于三维材料，为这些结构提供了新的重新配置性，”北卡罗来纳州立大学机械和航空航天工程副教授和北卡罗来纳州立大学的机械和航空工程副教授Jie Yin说。
研究人员乐观说，这些3D超材料可用于建筑物的轻质建筑材料等应用中，模块化机器人和引导在声学超材料中的组件。
Kirigami是折纸的变异，涉及剪切纸，除了折叠它。虽然Kirigami是使用二维材料完成的，例如纸张，阴，他的合作者已经将Kirigami的原理应用于被切入连接立方体的三维材料。
具体而言，研究人员使用两侧开放的一系列八个连接的纸板立方体建模了他们的新方法。将八个连接立方体的每个单位视为构建块。根据立方体如何相互连接，这些构件块可以折叠成300,000多种不同的设计。
“将这些Kirigami单位视为多功能构建块，可以组装以产生具有不同机械性能的更大的结构，”尹说。“更重要的是，还可以拆卸较大的结构，允许用户将Kirigami单位重新组装到新的结构中。”
为了展示该概念的效用，研究人员创造了十几个可重构的构建块。每个块由八个连接的纸张立方体组成，可以重新配置为八种不同的形状。视频突出显示每个单元可以重新配置到不同结构的方式，这些结构如何组装成更大的结构，以及如何将组装的大结构拆回到可重新配置的块中。（可以在页面顶部查看视频。）
取决于每个块中的固体立方体壁和开放侧的方向，以及每个块在较大的结构中的放置，结构将表现不同。这允许用户调整每个构建块的机械性能。例如，单个构件块可以折叠成可以容易地压缩的结构，或者将能够承载显着负载的不同形状。
“您可以拆卸和重新配置这些3D超材料的事实允许用户根据需要更改结构的机械性能以执行不同的任务，”尹说。“将其折叠出一种方式使其容易压缩，将其折叠另一种方式以允许横向运动，折叠它第三种方式，使其刚性或提高其体力 - 等等。
“这项工作致力于展示基本概念，”尹说。“我们的下一步是展示概念的应用程序。”
本文，“基于3D可变形模块化kirigami的可编程超材料，“发表在期刊上先进的功能材料。本文的第一个作者是Yanbin Li，Ph.D.在NC状态的学生。该文件由Yaoye Hong，博士学位合作。纳邦国家的学生;耶鲁大学的博士后研究员Ziuting Zhang。该作品是根据国家科学基金会的支持，授予2005374的国家科学基金。
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编辑注：研究摘要跟随。
“基于3D可变形模块化kirigami的可编程超材料”
作者：Yanbin Li，Yaoye Hong和Jie Yin，北卡罗来纳州立大学;Zhiuting Zhang，Yale University
发表：7月29日，先进的功能材料
迪伊：10.1002 / adfm.202105641
抽象的：古代剪纸艺术艺术，最近被赋予了用切割赋予的新特性的新方法的新方法。然而，大多数研究仅限于基于薄的薄板的2D Kirigami超材料，具有特定形式和由于剪切单元的平面连接限制而具有有限的重新配置性。在这里，我们通过将散装材料切割成空间闭环连接的切割立方体来引入3D模块化Kirigami，以构建一类新的3D Kirigami超材料。该模块可具有多种自由度，可以转换为多功能不同的子构建块。它们的适形组装具有丰富的可重构和拆卸的超材料，具有不同的结构和独特的性能，包括可重新配置的1D列类似的材料，2D格子状超材料，具有手性相变，以及具有3D辅助行为的3D令人沮丧的多层超材料和可编程变形模式。这项工作在很大程度上扩展了从2D到3D的Kirigami超材料的设计空间。
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