Ett forskarlag för flera universitet som leds av North Carolina State University kommer att utveckla metoder för att skapa tvådimensionella (2-D) material som kan vika sig till tredimensionella (3-D) objekt när de utsätts för ljus. Ansträngningen, som finansieras med bidrag från National Science Foundation (NSF), är inspirerad av origami och har ett brett utbud av potentiella applikationer.

"Vi samlar ett mångsidigt team av designers, ingenjörer och matematiker för att främja vår förståelse för hur man manipulerar fotoresponsivt material, säger Dr Jan Genzer, Celanese professor i kemisk och biomolekylär teknik vid NC State och den primära utredaren under NSF -bidraget. "I sista hand, Vi hoppas kunna utveckla nya tekniker som har applikationer som sträcker sig från elektronik till högvolymstillverkning till humanitär hjälp. "NSF-bidraget är på cirka 1,76 miljoner dollar över fyra år.

Specifikt, forskarna planerar att använda experiment och beräkningsmodeller för att utvärdera vikningsprocessen för att utveckla nya multifunktionella 3D-strukturer som snabbt kan bildas samtidigt som de behåller exakt kontroll över deras form. Eftersom mönstren kommer att vara på 2-D-material, processen bör vara kompatibel med mönstertekniker med hög kapacitet, såsom roll-to-roll-mönster som används vid elektroniktillverkning.

Potentiella tillämpningar inkluderar utveckling av utfällbara luftfolier som kan användas för luftdroppar av humanitära leveranser med större precision; handsfree-montering av elektronik i en "ren" miljö; eller olika förpacknings- och tillverkningsprocesser.

I forskargruppen ingår Genzer; Dr Michael Dickey, en biträdande professor i kemisk och biomolekylär teknik vid NC State; Dr Yong Zhu, en biträdande professor i maskin- och rymdteknik vid NC State; Susan Brandeis, Framstående professor i konst och design vid NC State; Dr Alan Russell, från Elon University, som har studerat origami i mer än 30 år; Emily Beck, från Meredith College; och Dr Rich Vaia, av flygvapnets forskningslaboratorium. Bidraget kommer också att stödja fyra till fem doktorander och forskarassistenter.

Forskningsinsatsen bygger på tidigare forskning från NC State, som beskriver ett enkelt sätt att konvertera 2-D-mönster till 3D-objekt med endast ljus. I det arbetet, forskaren sprang förspända plastark genom en konventionell bläckstråleskrivare för att skriva ut djärva svarta linjer på materialet. Materialet skars sedan till ett önskat mönster och placerades under ett infrarött ljus, som en värmelampa. Eftersom de djärva svarta linjerna absorberade mer energi än resten av materialet, plasten dras ihop-skapar ett gångjärn som viker arken till 3-D-former.

Bidraget finansieras genom NSF:s Office of Emerging Frontiers in Research and Innovation, och stöds delvis av medel från Air Force Office of Scientific Research.