Τα νέα μοντέλα εμπνευσμένα από το Kirigami προβλέπουν πώς συμπεριφέρονται τα νέα metamaterials
Τα μετα -υλικά είναι τεχνητά δομημένα υλικά που παρουσιάζουν ιδιότητες που δεν βρίσκονται στη φύση. Έχουν τη δυνατότητα να φέρει επανάσταση σε ένα ευρύ φάσμα εφαρμογών, από την οπτική έως την ηλεκτρονική έως την ιατρική. Ωστόσο, ο σχεδιασμός των μετα -υλικών με συγκεκριμένες ιδιότητες μπορεί να είναι ένα δύσκολο έργο.
Οι ερευνητές του Πανεπιστημίου της Καλιφόρνιας, Berkeley, έχουν αναπτύξει έναν νέο τρόπο πρόβλεψης της συμπεριφοράς των μετα -υλικών. Η προσέγγισή τους βασίζεται στο Kirigami, την τέχνη της κοπής χαρτιού σε περίπλοκα πρότυπα.
Τα πρότυπα Kirigami μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη δημιουργία δομών που είναι τόσο ισχυρές όσο και ευέλικτες. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι οι περικοπές στο χαρτί επιτρέπουν στο υλικό να παραμορφωθεί με ορισμένους τρόπους, διατηρώντας παράλληλα το συνολικό σχήμα του.
Οι ερευνητές συνειδητοποίησαν ότι τα πρότυπα Kirigami θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν για τη δημιουργία μετα -υλικών με παρόμοιες ιδιότητες. Με προσεκτικά σχεδιασμό των περικοπών στο υλικό, θα μπορούσαν να ελέγξουν τον τρόπο με τον οποίο το μετα -υλικό θα παραμορφώθηκε και θα αλληλεπιδρά με το φως ή άλλα ηλεκτρομαγνητικά κύματα.
Για να δοκιμάσουν τη θεωρία τους, οι ερευνητές δημιούργησαν μια σειρά μετα-υλικών εμπνευσμένων από το Kirigami. Διαπίστωσαν ότι αυτά τα μετα -υλικά παρουσίασαν ένα ευρύ φάσμα ιδιοτήτων, συμπεριλαμβανομένης της αρνητικής διάθλασης, της κλάδεσης και της υπεραγωγιμότητας.
Τα ευρήματα των ερευνητών θα μπορούσαν να οδηγήσουν στην ανάπτυξη νέων μετα -υλικών με ακόμη πιο εξωτικές ιδιότητες. Αυτά τα μετα -υλικά θα μπορούσαν να έχουν εφαρμογές σε διάφορους τομείς, συμπεριλαμβανομένης της υγειονομικής περίθαλψης, της ενέργειας και των μεταφορών.
Πώς λειτουργούν τα μοντέλα εμπνευσμένα kirigami
Τα μοντέλα εμπνευσμένα από το Kirigami λειτουργούν αντιπροσωπεύοντας το μετα-υλικό ως μια σειρά διασυνδεδεμένων ελατηρίων και μαζών. Τα ελατήρια αντιπροσωπεύουν τις ελαστικές ιδιότητες του υλικού, ενώ οι μάζες αντιπροσωπεύουν την αδράνεια του.
Σχεδιάζοντας προσεκτικά τη διάταξη των ελατηρίων και των μαζών, οι ερευνητές μπορούν να ελέγξουν τον τρόπο με τον οποίο το μετα -υλικό θα παραμορφωθεί και θα αλληλεπιδράσει με το φως ή άλλα ηλεκτρομαγνητικά κύματα.
Για παράδειγμα, ένα μετα -υλικό με αρνητικό δείκτη διάθλασης μπορεί να δημιουργηθεί με την τοποθέτηση των ελατηρίων και των μαζών με τρόπο που προκαλεί τα κύματα του φωτός να λυγίζουν προς την αντίθετη κατεύθυνση στο κανονικό. Αυτό θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για τη δημιουργία συσκευών κλάδου που καθιστούν τα αντικείμενα αόρατα.
Εφαρμογές των μετα-υλικών εμπνευσμένων kirigami
Τα kirigami-εμπνευσμένα metamaterials έχουν ένα ευρύ φάσμα πιθανών εφαρμογών, όπως:
* Υγεία: Τα μετα -υλικά θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν για τη δημιουργία νέων ιατρικών συσκευών, όπως εμφυτεύματα και αισθητήρες, που είναι ισχυρότερα και πιο ευέλικτα από τα παραδοσιακά υλικά.
* Ενέργεια: Τα μετα -υλικά θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν για τη δημιουργία νέων ηλιακών κυττάρων και μπαταριών που είναι πιο αποτελεσματικές και φθηνότερες για την παραγωγή.
* Μεταφορά: Τα μετα-υλικά θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν για τη δημιουργία νέων οχημάτων που είναι ελαφρύτερα και πιο αποδοτικά από καύσιμα.
Οι πιθανές εφαρμογές των μετα-υλικών εμπνευσμένων kirigami είναι ατελείωτες. Καθώς οι ερευνητές συνεχίζουν να διερευνούν τις ιδιότητες αυτών των υλικών, μπορούμε να περιμένουμε να δούμε ακόμα πιο καινοτόμες και πρωτοποριακές εφαρμογές στο μέλλον.
