ஓரிகாமி, கிரிகாமி எவ்வாறு மெக்கானிக்கல் மெட்டா மெட்டீரியல் வடிவமைப்புகளை ஊக்குவிக்கிறது?

பண்டைய கலைகளான ஓரிகாமி, காகிதத்தை மடிக்கும் கலை மற்றும் கிரிகாமி, காகிதம் வெட்டும் கலை ஆகியவை இயந்திர மெட்டா மெட்டீரியல்களை உருவாக்கும் முயற்சி ஆராய்ச்சியாளர்களிடையே சமீபத்திய ஆண்டுகளில் பிரபலமடைந்துள்ளன. 2D மெல்லிய-படப் பொருட்களை மடித்து வெட்டுவது அவற்றை சிக்கலான 3D கட்டமைப்புகளாகவும் வடிவமாகவும் தனிப்பட்ட மற்றும் நிரல்படுத்தக்கூடிய இயந்திர பண்புகளுடன் மாற்றுகிறது.

அப்ளைடு இயற்பியல் விமர்சனங்களில், அமெரிக்கா மற்றும் சீனாவில் உள்ள ஆராய்ச்சியாளர்கள் ஓரிகாமி மற்றும் கிரிகாமி அடிப்படையிலான மெக்கானிக்கல் மெட்டாமெட்டீரியல்களை, அசாதாரண இயந்திர பண்புகளுடன் செயற்கையாக வடிவமைக்கப்பட்ட பொருட்களை, இரண்டு வெவ்வேறு அளவுகோல்களின் அடிப்படையில் ஆறு குழுக்களாக வகைப்படுத்துகின்றனர்.

“ஓரிகாமி மற்றும் கிரிகாமி இயற்கையால், இயந்திர மெட்டா மெட்டீரியல்கள், ஏனெனில் அவற்றின் பண்புகள் முக்கியமாக மடி வடிவங்கள் மற்றும்/அல்லது வெட்டுக்கள் எவ்வாறு உருவாக்கப்படுகின்றன மற்றும் ஓரிகாமி அல்லது கிராகமியை மடிக்கும் பொருளைச் சார்ந்தது” என்று ஆசிரியர் ஹான்கிங் ஜியாங் கூறினார்.

ஆராய்ச்சியாளர்கள் மெக்கானிக்கல் மெட்டா மெட்டீரியல்களை மூன்று வகைகளாகப் பிரித்தனர், அதில் ஓரிகமி அடிப்படையிலான மெட்டா மெட்டீரியல்கள் (மடிப்பு மட்டும்), கிரிகாமி அடிப்படையிலான மெட்டா மெட்டீரியல்கள் (வெட்டுதல் மட்டும்), மற்றும் கலப்பின ஓரிகாமி-கிரிகாமி மெட்டா மெட்டீரியல்கள் (மடித்தல் மற்றும் வெட்டுதல் இரண்டும்) அடங்கும். கலப்பின ஓரிகாமி-கிரிகாமி மெட்டா மெட்டீரியல்கள், குறிப்பாக, வடிவ மார்பிங்கில் பெரும் ஆற்றலை வழங்குகின்றன.

மீள் ஆற்றல் நிலப்பரப்பின் அடிப்படையில் ஒவ்வொரு குழுவும் கடினமான அல்லது சிதைக்கக்கூடிய வகையாக பிரிக்கப்பட்டது. மடிப்புகள் அல்லது இணைப்புகளில் மட்டுமே ஆற்றல் சேமிக்கப்பட்டால், மெட்டா மெட்டீரியல்கள் திடமானவை என வகைப்படுத்தப்படுகின்றன. மடிப்புகள் அல்லது இணைப்புகள் மற்றும் பேனல்கள் இரண்டிலும் ஆற்றல் சேமிக்கப்பட்டால், உருமாற்றக்கூடிய வகைக்குள் மெட்டா மெட்டீரியல்கள் சேர்க்கப்படும்.

புதிய ஓரிகாமி மற்றும் கிரிகாமி வடிவமைப்புகள், குறிப்பாக வளைந்த ஓரிகாமி வடிவமைப்புகள், கலப்பின ஓரிகாமி-கிரிகாமி வடிவமைப்புகள், மட்டு வடிவமைப்புகள் மற்றும் படிநிலை வடிவமைப்புகளைக் கண்டறிய ஆராய்ச்சியாளர்கள் விரும்புகிறார்கள்.

ஓரிகாமி மற்றும் கிரிகாமி அடிப்படையிலான மெக்கானிக்கல் மெட்டா மெட்டீரியல்களுக்கான புதிய பொருட்களைத் தேர்ந்தெடுப்பதில் கவனம் செலுத்த அவர்கள் திட்டமிட்டுள்ளனர். பாரம்பரியமாக மெட்டா மெட்டீரியல்களை முன்மாதிரி செய்ய காகிதம் பயன்படுத்தப்படுகிறது ஆனால் காகிதத்தின் பலவீனம் மற்றும் பிளாஸ்டிசிட்டி அடிப்படையில் வரம்புகள் உள்ளன. நிஜ-உலகப் பயன்பாடுகளுக்காக வடிவமைக்க, மெல்லிய அல்லது தடிமனான, மென்மையான அல்லது கடினமான மற்றும் மீள் அல்லது பிளாஸ்டிக் போன்ற பல்வேறு பண்புகளைக் கொண்ட பொருட்களை ஆராய்வது உதவியாக இருக்கும்.

ஆராய்ச்சியாளர்கள் ஓரிகாமி மற்றும் கிரிகாமியின் இயந்திர செயல்திறன்களை பகுப்பாய்வு செய்ய ஆற்றல் நிலப்பரப்பு மற்றும் ஆற்றல் விநியோகத்தை இரண்டு சக்திவாய்ந்த கருவிகளாகப் பயன்படுத்த விரும்புகிறார்கள்.

“ஓரிகாமி மற்றும் கிராகாமி அடிப்படையிலான மெக்கானிக்கல் மெட்டாமெட்டீரியல்களை நெகிழ்வான மின்னணுவியல், மருத்துவ சாதனங்கள், ரோபாட்டிக்ஸ், சிவில் இன்ஜினியரிங் மற்றும் விண்வெளி பொறியியல் உள்ளிட்ட பல துறைகளில் பயன்படுத்தலாம்” என்று ஜியாங் கூறினார்.

References:

• Zhang, H., Wu, J., Fang, D., & Zhang, Y. (2021). Hierarchical mechanical metamaterials built with scalable tristable elements for ternary logic operation and amplitude modulation. Science Advances, 7(9), eabf1966.
• Bertoldi, K., Vitelli, V., Christensen, J., & Van Hecke, M. (2017). Flexible mechanical metamaterials. Nature Reviews Materials, 2(11), 1-11.
• Ning, X., Wang, X., Zhang, Y., Yu, X., Choi, D., Zheng, N., … & Rogers, J. A. (2018). Assembly of advanced materials into 3D functional structures by methods inspired by origami and kirigami: a review. Advanced Materials Interfaces, 5(13), 1800284.
• Rafsanjani, A., Bertoldi, K., & Studart, A. R. (2019). Programming soft robots with flexible mechanical metamaterials. arXiv preprint arXiv:1906.00306.
• Wang, F., Guo, X., Xu, J., Zhang, Y., & Chen, C. Q. (2017). Patterning curved three-dimensional structures with programmable kirigami designs. Journal of Applied Mechanics, 84(6).