Китайско-американская группа материаловедов разработала метод создания трехмерных микрообъектов с помощью техники киригами. Основной подход в киригами заключается в надрезании плоского листа определенным образом, а затем его механической деформации. Работа опубликована в журнале *Proceedings of the National Academy of Sciences.

Схемы сворачивания пленок в разработанной авторами методике киригами. Изображение: Yihui Zhang et al. / PNAS, 2015

Принцип сворачивания полимерных пленок в методике авторов. Изображение: Yihui Zhang et al. / PNAS, 2015

Авторы использовали в своем процессе пластинки кремния, а также различные пленки полимеров, металлов и диэлектриков. С помощью методов фотолитографии, аналогичных используемым в производстве микроэлектронных чипов, материаловеды делали на пленках разрезы и придавали им необходимую форму. Затем, с помощью методов ламинации, пленка закреплялась на поверхности растянутого кристалла кремния. Впоследствии напряжение с кристалла снимали — он сокращался в размерах, сжимая механически пленку, расположенную на нем.

Принцип сворачивания полимерных пленок в методике авторов. Изображение: Yihui Zhang et al. / PNAS, 2015

Разрезы при этом играли роль релаксаторов напряжения, кроме того при сжатии двумерных пленок на них образовывались трехмерные изгибы. С помощью методов компьютерного моделирования материаловедам удавалось с точностью определить форму образующегося трехмерного объекта. В качестве одного из применений авторы предложили конструкцию оптического переключателя, работающего на подобных материалах. Он представляет собой набор эластичных жгутов, к которым прикреплены пластинки. Под действием внешних сил жгуты наклоняют пластинки и те или закрывают собой поток света, или наоборот открывают ему путь.

Авторам удалось добиться создания трехмерных структур с размерами от единиц микрометров. При этом в полимерных пленках методом литографии создавались особенности размерами от 100 нанометров.

Использование плоских и даже линейных объектов для создания трехмерных структур широко используется в материаловедении. Одним из красивых примеров такого подхода является ДНК-оригами: техника в которой из цепей ДНК, благодаря принципу комплиментарности, связывают сначала плоские, а затем и более сложные трехмерные нанообъекты.