Умный скотч: как японское искусство киригами помогло создать программируемую клейкую ленту

Скотч — незаменимый инструмент в быту и производстве. Он может склеить почти что угодно: от порванной страницы книги до трещины на стекле. Но если клей слишком крепкий, то отодрать его сложно — придется соскребать остатки ленты или рисковать повредить поверхность.


А что если бы можно было менять свойства скотча по желанию? Например, сделать его очень прочным для надежной фиксации, но при этом, легко отделяющимся при необходимости. Такой скотч с разумом мог бы стать революционным для многих отраслей.

Ученые из Технологического института Вирджинии под руководством Майкла Бартлетта, доцента кафедры машиностроения, нашли способ создать такой скотч. Они использовали концепцию метаматериалов — искусственных структур, которые имеют необычные свойства, недоступные в природе.

В основе изобретения лежит киригами — искусство вырезания из бумаги объемных объектов. Ученые вдохновились работами архитектора Масахиро Чатани, который начал создавать бумажные модели зданий в 1980-х годах. Киригами требует точно вырезать и складывать бумагу по специальным схемам. Таким же образом ученые вырезали и складывали ленту, чтобы получить желаемые свойства.

Они сделали специальные разрезы в ленте, которые меняют направление распространения трещин в клеевом слое. Таким образом, они могут программировать прочность и отделение клея в зависимости от того, в какую сторону тянут ленту.

Если тянуть параллельно разрезам, то трещины будут распространяться от краев к центру. Это увеличит сопротивление отделению и усилит адгезию. Если же тянуть ленту перпендикулярно разрезам, то трещины будут распространяться от центра к краям. Это уменьшит сопротивление отделению и ослабит липкие свойства поверхности скотча.

Такой механизм позволяет создавать скотч с разной прочностью и отделением в разных направлениях одновременно. Кроме того, он работает на разных поверхностях и в разных условиях — влажных или сухих.

Ученые создали эти многофункциональные материалы с помощью цифрового производства без использования масок или шаблонов. Это позволяет быстро настраивать характеристики скотча с детерминированным контролем для создания нового поколения таких материалов.