Kirigami, karmaşık üç boyutlu (3D) yapılar veya nesneler üretmek için kesme ve katlanır kağıt gerektiren geleneksel bir Japon sanat formudur. Son on yıllarda, bu yaratıcı uygulama, yeni materyaller, cihazlar ve hatta robotik sistemler oluşturmak için fizik, mühendislik ve malzeme bilimi araştırması bağlamında da uygulanmıştır.
Sichuan Üniversitesi ve McGill Üniversitesi’ndeki araştırmacılar yakın zamanda Kirigami’nin ters mühendisliği için gelişmiş hesaplama araçlarına ve sayısal algoritmalara dayanmayan yeni bir yaklaşım geliştirdiler. Bu yeni yöntem, yayınlanan bir makalede özetlendi Fiziksel İnceleme Mektuplarıçok çeşitli gerçek dünya uygulamaları için karmaşık Kirigami tasarımını basitleştirebilir.
Makalenin kıdemli yazarı Damiano Pasini, CEİD’a verdiği demeçte, “Bu çalışma, Kirigami ile ilgili önceki çalışmalarımızın doğal bir uzantısıdır.” Dedi.
“İlk yazar Chuan Qiao, eski bir doktora öğrencisi. Gelişmiş Malzemelerburada, keyfi şekilli üçgenlerle dönen birimlerden yapılmış bir kirigami deformasyonunu araştırmak için bir birim hücre yaklaşımı benimsedik. “
Önceki çalışmalarında, araştırmacılar yarık desenlerinin geometrik parametrelerinin (örneğin, iç açılar ve uzunluklar) Kirigami’nin anizotropik dağıtımında oynadığı rolü daha iyi anlayabildiler. Bunu yapmak için, üçgen birimlerin kenarlarının ve iç açılarının uzunluğunu inceleyerek Kirigami’nin son dağıtımında gözlenen şekildeki değişiklikleri değerlendirdiler.
“Bu, bir dizi birbiriyle ilişkili soruyu tetikledi, örneğin: Bir Kirigami, daha önceki çalışmalarda yaptığımız gibi, geometrik bileşenlerini ayrı ayrı değiştirmenin aksine, dönen birimin tüm şeklini bütünüyle değiştirirsek nasıl deforme olur mu? Kirigami? ” dedi Pasini.
“Bu soruları göz önünde bulundurarak, hedefimiz iki yönlü oldu: dönen birimlerin şekli ile konuşlandırılan Kirigami’nin şekli arasındaki temel ilişkiyi ortaya çıkarmak ve Kirigami’nin tasarımına şu anda kullanılan oldukça sofistike sayısal yöntemlerin kullanımını önleyen bir ilişkiden yararlanmak.”
Yeni makalelerinde, Pasini ve meslektaşları, dönen bir üniteye uygulanan gerinim arasında basit bir ilişki olduğunu gösterdiler (γ*maksimum) ve konuşlandırılmış bir üçgen Kirigami’nin kesme deformasyonu (γmaksimum). Kirigami’nin tersine tasarlanması için önerilen yöntemleri bu basit ilişkiden yararlanmaktadır.
Pasini, “Anahtar kavram, soldan orta eskize hareket ettiğimizde yatay olarak küçülen başlangıç dönen birimlere uygulanan kesme suşunun, aksine, yatay olarak genişleyen (bir kez dağıtım) dağıtım üçgen Kirigami’nin kesme suşunun ters yönünde olmasıdır.” Dedi.
“Bu içgörü, Kirigami’nin ters tasarımı için kullanılabilir. Dönen birimlerin şeklinin kesme suşları ile basit bir geometrik ayarlanmasıyla, hedefte dağıtım elde edebiliriz. Kesme suşunu uygulamak için bir alan koruyucu harita kullanmaktır.”
Bu araştırmacı ekibi tarafından tanıtılan Kirigami Mühendisliği için yeni yaklaşım üç temel bileşen gerektiriyor. Bunlar, dönen birimlerin sözleşmeli şekli, konuşlandırılmış bir Kirigami’nin şekli ve konuşlandırılan Kirigami’den devredilmemiş (yani sözleşmeli) formuna geçişi özetleyen bir alan koruyucu haritadır.
Pasini, “Yukarıdaki malzemelerle, konuşlandırılan üçgen Kirigami’nin kesme suşu, dönen birimlerin şekline zıt yönde bir kesme suşu uygulanarak programlanabilir.” Dedi. “Yöntemimiz artık sayısal hesaplamalardan vazgeçebilir ve bir Kirigami örneğinin kayma deformasyonunu hızlı, çok yönlü bir şekilde programlayabilir.”
Ters tasarım yöntemlerinin potansiyelini göstermek için Pasini ve meslektaşları, bunu üç farklı tipte morphing hedefi üretmek için kullandılar, yani sözleşmeli şekil, konuşlandırılan şekil ve Kirigami’deki dönen birimlerin iç yörüngeleri.
Bu son çalışma, Kirigami’nin deformasyonu ile bu yapıları tasarlamak için kullanılabilecek dönen birimlerinin şekli arasında temel bir ilişki olduğunu göstermektedir. Ekibin geometrik tasarım yöntemi yakında karmaşık mühendislik zorluklarının üstesinden gelmeye yardımcı olabilecek çok çeşitli Kirigami tasarımları oluşturmak için kullanılabilir.
Pasini, “Bu çalışma, dönen birimlerle morphing maddesine zemin kurulu içgörüleri getiriyor ve karmaşık Kirigami’nin hızlı tasarımı için sezgisel, ilk elden geometrik bir rota sunuyor.” Diyerek şöyle devam etti: “Benzer gözlemler, dörtgen Kirigami’nin dönüşümünü inceleyerek de çizilebilir, böylece bu çalışmanın diğer Kirigami kalıplarını tanımlamak için vaadini gösterir.”
