Les métamatériaux à base d’origami et de kirigami ont des applications allant de la robotique aux dispositifs médicaux.
Les arts anciens de l’origami, l’art du pliage du papier et du kirigami, l’art du découpage du papier, ont gagné en popularité ces dernières années parmi les chercheurs qui construisent des métamatériaux mécaniques. Le pliage et la découpe de matériaux en couche mince 2D les transforment en structures et formes 3D complexes avec des propriétés mécaniques uniques et programmables.
Dans Examens de physique appliquée, par AIP Publishing, des chercheurs aux États-Unis et en Chine classent les métamatériaux mécaniques à base d’origami et de kirigami, des matériaux artificiels dotés de propriétés mécaniques inhabituelles, en six groupes basés sur deux critères différents.
“L’origami et le kirigami sont, par nature, des métamatériaux mécaniques, car leurs propriétés sont principalement déterminées par la façon dont les motifs de plis et/ou les coupes sont réalisés et dépendent juste légèrement du matériau qui plie l’origami ou le kiragami”, a déclaré l’auteur Hanqing Jiang.
Catégories de métamatériaux mécaniques à base d’origami et de kirigami. Crédit : Zirui Zhai et Hanqing Jiang
Les chercheurs ont divisé les métamatériaux mécaniques en trois catégories qui incluent les métamatériaux à base d’origami (pliage uniquement), les métamatériaux à base de kirigami (coupe uniquement) et les métamatériaux hybrides origami-kirigami (pliage et découpe). Les métamatériaux hybrides origami-kirigami, en particulier, offrent un grand potentiel de morphing de forme.
Chaque groupe a été subdivisé en une catégorie rigide ou déformable en fonction du paysage énergétique élastique. Métamatériaux étaient classés comme rigides si l’énergie était stockée dans les plis ou les liaisons uniquement. Les métamatériaux étaient classés dans la catégorie déformable si l’énergie était stockée à la fois dans les plis ou les liaisons et les panneaux.
Les chercheurs souhaitent découvrir de nouveaux modèles d’origami et de kirigami, en particulier des modèles d’origami incurvés, des modèles hybrides origami-kirigami, des modèles modulaires et des modèles hiérarchiques.
Ils prévoient de se concentrer sur la sélection de nouveaux matériaux pour les métamatériaux mécaniques à base d’origami et de kirigami. Traditionnellement, le papier est utilisé pour prototyper des métamatériaux, mais il existe des limites basées sur la fragilité et la plasticité du papier. Pour concevoir des applications dans le monde réel, il sera utile d’explorer des matériaux avec différentes propriétés telles que minces ou épaisses, molles ou dures, et élastiques ou plastiques.
Ils souhaitent utiliser le paysage énergétique et la distribution de l’énergie comme deux outils puissants pour analyser les performances mécaniques de l’origami et du kirigami et chercheront à concevoir avec soin la méthode d’actionnement des métamatériaux mécaniques à base d’origami et de kirigami.
“Les métamatériaux mécaniques à base d’origami et de kiragami peuvent être appliqués dans de nombreux domaines, notamment l’électronique flexible, les dispositifs médicaux, la robotique, le génie civil et l’ingénierie aérospatiale”, a déclaré Jiang.
Référence : “Mechanical metamaterials based on origami and kirigami” par Zirui Zhai, Lingling Wu et Hanqing Jiang, 23 novembre 2021, Examens de physique appliquée.
DOI : 10.1063/5.0051088
