索菲·拉马纳那里沃(SophieRamananarivo)在法国理工学院流体力学实验室(EcolePolytechnique’sHydrodynamicsLaboratory)进行的一项研究从日本剪纸艺术kirigami中获得灵感,研究了浸入流体中会变形的材料。
在寓言《橡树与芦苇》中,芦苇能经受住风暴,因为它能在风中弯曲而不折断。生物体的这种可变形性长期以来一直激励着材料设计师和科学家,他们研究浸入流体中的物体的行为。为了更进一步,流体力学实验室(*LadHyX)的一个团队一直在研究柔性#材料#中的小切口如何允许其在水中自行膨胀,以采用所需的配置。
Kirigami是一种来自日本的艺术,它将一张纸切割成特定的3D形状。EcolePolytechnique的助理教授索菲·拉马纳那利沃(SophieRamananarivo)解释说:“这项技术已经让科学家们想象出了高度灵活的绷带或太阳能电池板,它们可以倾斜以跟随太阳在天空中的路径。但kirigami还没有被用来控制流体中物质的分布。”拉迪克斯大学(Ladyx)正在领导这一课题的研究项目。
在刚刚发表的这项研究中,研究人员使用激光切割技术在塑料板表面形成了细缝。将这些缝隙放入水流中,这些缝隙就会变成小孔,水流通过这些小孔,薄板就会在水流方向上变成膨胀的网状物。但膨胀不是对称的:当材料变形时,会出现小叶片。因此,水施加的力也有一个垂直于水流的分量。该团队还通过实验建立了一个理论模型来理解这一现象。
可以设计其他几何切割图案,例如,在板材中小心放置切口,以实现流动中的不同配置。最终的目标是对材料进行逆向工程,即确定应在材料中切割哪些图案,以使其采用所需的几何形状。SophieRamananarivo解释说:“我特别感兴趣的是,kirigami引入的结构如何使材料智能化,即它在流动中采用了正确的形状。”