纸雪花、弹出式儿童书籍和精致的纸卡片不仅仅是手工艺者感兴趣的。美国西北大学的一个工程师团队正在利用折纸实践中的想法，创造出一种复杂的3D打印替代品。
“Kirigami”来自日语单词“kiru”(切割)和“kami”(纸)，是一种传统的艺术形式，在这种艺术中，纸被精确切割并转化成一个3D物体。利用薄膜材料和软件来选择精确的几何切割，工程师可以从实践中获得灵感，创造出广泛的复杂结构。
2015年发表的一项研究显示，kirigami的“弹出式”制造模型大有希望。在这个迭代中，由切口创建的带状结构是开放的形状，实现封闭形状的能力有限。其他基于同样灵感的研究建筑主要论证了kirigami可以用像纸这样简单的材料在宏观尺度上应用。亚博网站下载
但是今天(12月22日)发表在该杂志上的一项新研究先进材料亚博网站下载将这个过程推进了一步。
麦考密克工程学院(McCormick School of engineering)机械工程教授埃斯皮诺萨(Horacio Espinosa)说，他的团队能够将设计和kirigami的概念应用到纳米结构中。埃斯皮诺萨领导了这项研究，是制造与创业领域的詹姆斯·n·法利和南希·j·法利教授。
＂通过结合纳米制造、原位显微镜实验和计算建模，我们揭示了kirigami结构的丰富行为，并确定了它们在实际应用中的使用条件。”埃斯皮诺萨说。
研究人员首先使用半导体制造的最先进方法创建二维结构，并小心地将“kirigami切割”放置在超薄膜上。由薄膜中残余应力引起的结构不稳定就形成了清晰的三维结构。
设计的kirigami结构可以用于许多应用，从微尺度的抓手(如细胞拾取)到空间光调制器到飞机机翼的流动控制。这些能力使该技术在生物医学设备、能源收集和航空航天领域具有潜在的应用价值。
通常，一个kirigami图案所能创造的形状数量是有限的。但通过使用不同的切割，该团队能够展示薄膜弯曲和扭曲，从而产生更广泛的形状，包括对称和不对称配置。
研究人员首次证明了微尺度结构，使用几十纳米的薄膜厚度，可以实现不同寻常的3D形状，并呈现更广泛的功能。
例如，静电微镊子会夹紧，这会对软样品造成伤害。相比之下，基于kirigami的镊子可以通过调整拉伸量来精确控制抓取力。在这个和其他应用中，基于计算机模拟设计切割位置和预测结构行为的能力省去了反复试验，节省了过程中的资金和时间。
随着研究的进展，埃斯皮诺萨说，他的团队计划探索kirigami设计的大空间，包括阵列配置，以实现更多的可能功能。
未来的另一个研究领域是嵌入用于kirigami部署和控制的分布式执行器。通过进一步研究这项技术，研究小组相信kirigami可以在建筑、航空航天和环境工程中发挥作用。
这篇论文,Kirigami工程:呈现一系列可控构型的纳米结构得到了美国能源部的支持(合同号为DE-AC02-06CH11357)。共同第一作者是宾夕法尼亚州立大学的埃斯皮诺萨和大卫·洛佩兹。
