Forskare vid North Carolina State University har utvecklat material som kan användas för att skapa strukturer som kan förvandlas till flera olika arkitekturer. Forskarna ser för sig applikationer som sträcker sig från konstruktion till robotik.

"Systemet vi har utvecklat är inspirerat av metamorfos, "säger Jie Yin, motsvarande författare till ett papper om arbetet och docent i mekanik och rymdteknik vid NC State. "Med metamorfos i naturen, djur förändrar sin grundläggande form. Vi har skapat en klass av material som kan användas för att skapa strukturer som förändrar deras grundläggande arkitektur. "

Kirigami är ett grundläggande koncept för Yins arbete. Kirigami är en variant av origami som involverar att klippa och vika papper. Men medan kirigami traditionellt använder tvådimensionella material, Yin tillämpar samma principer för tredimensionella material.

Metamorfossystemet börjar med en enda enhet 3D -kirigami. Varje enhet kan bilda flera former i sig. Men dessa enheter är också modulära - de kan anslutas till alltmer komplexa strukturer. Eftersom de enskilda enheterna själva kan bilda flera former, och kan ansluta till andra enheter på flera sätt, det övergripande systemet kan bilda en mängd olika arkitekturer.

"Tänk på vad du kan bygga med konventionella material, "Säger Yin." Föreställ dig nu vad du kan bygga när varje grundläggande byggsten kan förvandlas på flera sätt. "

Yins laboratorium visade tidigare ett liknande koncept, där 3D -kirigami -enheter staplades på varandra. I det systemet, enheterna kan användas för att montera en struktur - men strukturen kan också sedan demonteras.

Metamorfosystemet innebär att faktiskt ansluta kirigami -enheterna. Med andra ord, när enheterna är anslutna till varandra kan de inte kopplas bort. Dock, de större strukturerna de skapar kan förvandlas till flera, olika arkitekturer.

"Det finns två stora skillnader mellan vårt första kirigamisystem och metamorfossystemet, "Förklarar Yin.

"Det första kirigamisystemet involverade enheter som kunde monteras till arkitekturer och sedan demonteras, vilket är en fördel. Dock, när enheterna monterades, arkitekturen skulle inte kunna förändras. Eftersom enhetens sidor inte var styva och fixerade i 90 graders vinklar, den sammansatta strukturen kunde böja och röra sig - men den kunde inte i grunden förändra dess geometri.

"Metamorfosen kirigami -systemet tillåter dig inte att demontera en struktur, "Yin säger." Och eftersom sidorna på varje kubikenhet är styva och fixerade i 90 graders vinklar, den sammansatta strukturen böjer sig inte eller böjer sig särskilt mycket. Dock, den färdiga strukturen kan förvandlas till olika arkitekturer. "

I proof-of-concept test, forskarna visade att metamorfossystemet kunde skapa många olika strukturer som kan bära betydande vikt samtidigt som deras strukturella integritet bibehålls.

Att strukturell integritet är viktig, eftersom Yin tror att konstruktion är en potentiell tillämpning för metamorfossystemet.

"Om du skala upp detta tillvägagångssätt, det kan vara grunden för en ny generation byggmaterial som kan användas för att skapa snabbt utbyggbara strukturer, "Yin säger." Tänk på de medicinska enheter som har behövt byggas ut med kort varsel under pandemin, eller behovet av akuta bostäder i efterdyningarna av en katastrof. "

Forskarna tror också att metamorfossystemet kan användas för att skapa en mängd olika robotanordningar som kan omvandlas för att reagera på yttre stimuli eller för att utföra olika funktioner.

"Vi tror också att detta system kan användas för att skapa en ny serie leksaker - särskilt leksaker som kan hjälpa människor att utforska några grundläggande STEM -begrepp relaterade till fysik och teknik, "Säger Yin." Vi är öppna för att samarbeta med branschpartners för att driva dessa och andra potentiella applikationer för systemet. "

Pappret, "Metamorfos av tredimensionell kirigami-inspirerad omkonfigurerbar och omprogrammerbar arkitekterad materia, "publiceras i tidningen Material idag fysik .