Los dispositivos en miniatura, especialmente aquellos que sobresalen de las superficies 2D como las tarjetas de felicitación emergentes, se han abierto camino sin problemas en las tecnologías de detección de presión y recolección de energía debido a su capacidad de estirarse, comprimirse o retorcerse con frecuencia. A pesar de su fuerza, aún no está claro si el estrés físico repetido puede dañar el funcionamiento de estos dispositivos en miniatura, especialmente si ya hay un defecto en su construcción.
Usando pequeñas estructuras de detección de presión con forma de mesas, los investigadores de la Universidad de Texas A&M han descubierto que los empujes repetidos en la superficie plana de las mesas no hacen que las estructuras se desmoronen, incluso cuando las fuerzas de compresión son extremas. En cambio, estos pequeños dispositivosincluidos aquellos con defectos leves, fueron resistentes, continuaron siendo funcionales doblando sus piernas en proporción a la fuerza aplicada.
Los investigadores dijeron sus hallazgos, publicados en la edición de febrero de la revista Cartas de mecánica extrema tienen implicaciones directas en la longevidad de las tecnologías que incorporan dispositivos en miniatura, como la electrónica portátil suave, las células solares estirables y los calcetines con sensor de presión.
Los dispositivos en miniatura, como los sensores de presión, necesitan transmitir fielmente la fuerza y un cambio en las compresiones. Para muchas aplicaciones, los sensores deben ser muy pequeños para capturar los cambios en la presión a una resolución suficientemente alta. Por lo tanto, los dispositivos en miniatura basados en el japonésLa técnica de corte de papel y plegado de kirigami ofrece una excelente solución.
Tomando prestados los principios del kirigami, el diseño del dispositivo en miniatura se graba primero en una superficie 2D. Luego, un empuje hacia adentro desde el límite del diseño hace que la estructura se levante. Otras veces, la impresión 2D se estira o se tuerce para revelar undiseño 3D más intrincado. Independientemente del uso final, los dispositivos basados en kirigami deben enfrentar distorsiones continuas en su forma, un fenómeno que los ingenieros llaman deformación.
"Parte del atractivo del uso de estructuras de kirigami es que pueden deformarse repetidamente durante períodos prolongados de tiempo", dijo el Dr. Andreas A. Polycarpou, profesor y jefe de departamento en el Departamento de Ingeniería Mecánica J. Mike Walker '66."Pero cualquier tipo de imperfección en estas estructuras podría afectar su rendimiento final, es decir, su capacidad de deformarse continuamente".
Para investigar cómo los defectos pueden influir en la función de los dispositivos de kirigami, el equipo de Polycarpou, dirigido por Kian Bashandeh, estudiante graduado en la Facultad de Ingeniería y autor principal del estudio, diseñó un conjunto de experimentos utilizando pequeños sensores de presión.superficie plana sostenida por cuatro patas, estas estructuras se doblan si se aplica presión desde arriba.
Para su estudio, los investigadores presionaron repetidamente las estructuras en forma de mesa usando una sonda de punzón plano de diamante. Su muestra incluía estructuras con defectos leves, como una pequeña grieta en una de las cuatro patas o una pierna ligeramente más delgada.
Para probar el rendimiento de estas estructuras a lo largo del tiempo, registraron cómo se comportaban estas estructuras bajo compresiones repetidas usando un microscopio electrónico y midieron la distancia por la cual las piernas se doblaban.
El equipo de Polycarpou descubrió que tanto para las estructuras de kirigami sin defectos como para las defectuosas, la compresión hacía que las estructuras se "endurecieran" o resistieran la fuerza descendente. Sin embargo, con el tiempo, incluso cuando las fuerzas de compresión fueron extremas, las estructuras alcanzaron un estado establey pudieron recuperarse de los golpes repetidos del punzón de diamante.
Los investigadores dijeron que los resultados de sus experimentos de compresión cíclica sugieren que los sistemas con un conjunto de dispositivos kirigami pueden permanecer funcionales durante un largo período de tiempo, incluso si algunos de los dispositivos dentro de ellos tienen defectos.
"Para la mayoría de las aplicaciones, incluida la detección de presión, no se trata de uno, sino de varios dispositivos en miniatura que funcionan en conjunto. Intuitivamente, uno pensaría que pequeños defectos en cualquiera de las estructuras de kirigami serían catastróficos para un sistema hecho con muchas de esas estructuras".dijo Polycarpou. "Ahora tenemos evidencia que demuestra que no lo hacen. Entonces, si uno está usando medias inteligentes para medir cómo se distribuye la presión durante la marcha, nuestros resultados sugieren que los sensores de presión en miniatura funcionarán notablemente bien incluso si son ligeramentedefectuoso."
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Texas A&M . Original escrito por Vandana Suresh. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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