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Kirigami è l’arte giapponese del taglio della carta. Probabilmente derivato dall’arte cinese del jiǎnzhǐ, emerse intorno al settimo secolo in Giappone, dove veniva usato per decorare i templi. Ancora in pratica oggi, l’artista kirigami usa un pezzo di carta per tagliare disegni decorativi rappresentando sagome di uccelli e pesci o il più intricato e popolare fiocco di neve.
Ma questa antica arte, che si basa su tagli precisi per determinare o replicare modelli, sta trovando attuali applicazioni nell’elettronica. In particolare, nella produzione di materiali estensibili 2D che possono ospitare dispositivi elettronici indossabili, come tessuti elettronici per il monitoraggio dello stato di salute.
Il processo, descritto in due lavori pubblicati su Nature, combina l’arte del kirigami con una tecnica di intelligenza artificiale chiamata Apprendimento per Rinforzo autonomo. Questa nuova tecnologia ha assorbito le tecniche di apprendimento dell’ essere umanoattraverso lo studio di acquisizione di esperienze che conferiscono una ricompensa o un risultato specifico. Ad esempio, attraverso una combinazione di osservazione, ripetizione e abilità innate, un cucciolo di giraffa impara a stare in piedi, a camminare e persino a correre il giorno in cui nasce. Questo lo aiuta a trovare cibo ed evitare il pericolo molto rapidamente.
La domanda che ci si è posta è: possiamo usare un comportamento simile nella progettazione dei materiali, come in questo kirigami, in cui il tuo obiettivo è creare un materiale più strutturato che sia altamente estensibile, un taglio alla volta. È una strategia intelligente per capire dove dovrebbero andare i tagli?
I ricercatori hanno deciso di creare una struttura 2D al bisolfuro di molibdeno incorporata con l’elettronica, come un dispositivo a semiconduttore, che può allungarsi ma rimanere stabile. Hanno così scoperto che una serie deliberata di tagli precisi consentirebbe al materiale atomicamente sottile di allungarsi considerevolmente, fino al 40%.
Senza alcun dato di addestramento aggiuntivo, il modello è stato in grado di creare una struttura di 10 tagli che superano il 40% di estensibilità, da solo. E, cosa ancora più sorprendente, ci sono voluti solo un paio di secondi per la produzione.
Il lavoro sperimentale è servito come prova per determinare il potenziale per la creazione di materiali attraverso il metodo kirigami al fine di capire come stampare su componenti elettronici che si distorceranno e si allungheranno fino al 50% quando indossati.
Il materiale di base utilizzato è il bisolfuro di molibdeno. Se fatto in laboratorio, gli sperimentatori fanno aderire il composto di molibdeno e zolfo su un substrato, o strato di mattoni, attraverso un processo chiamato deposizione chimica da vapore.
https://www.nature.com/articles/s41524-021-00572-y
https://www.nature.com/articles/s41524-021-00535-3