Knippen en vouwen van grafeen kan resulteren in nanomachines | Grafeen (graphene)
Knippen en vouwen van grafeen kan resulteren in nanomachines

Sinds eeuwen slagen beoefenaars van origami (‘ori’,vouwen;’kami’, papier) en kirigami (‘kiru’, knippen) erin om vellen papier in mooie en complexe driedimensionale structuren te fabriceren.

Eén van ’s werelds oudste kunstvormen inspireerde wetenschappers tot futuristische technologie, want de schaalbare technieken werden inmiddels overgenomen en toegepast door wetenschappers die op zoek zijn naar tweedimensionale uitgangsmaterialen om micro en macrostructuren te vormen.

Zo kunnen wetenschappers en ingenieurs ultra sterke en zeer flexibele minuscule en machines bouwen op nanoschaal die tal van industrieën kunnen revolutioneren, voornamelijk met vele mogelijke applicaties in de geneeskunde.

Een team van wetenschappers uit de universiteit van Cornell toonde aan hoe origami hen inspireerde tot designs voor atomaire grafeen objecten die op een dag gebruikt kunnen worden in het gebied van nanotechnologie.

Het team experimenteerde met kirigami – een versie waar papier geknipt wordt, als wel als gevouwen – om complexere structuren te creëren.

Grafeen is zonder meer het dunste te vouwen ‘papier’ dat er te vinden is, echter uit puur koolstof, en amper één atoom hoog.

Om een beter idee te geven, zowat 300 000 vellen grafeen zijn nodig om de hoogte van een ordinair blad papier te bekomen.

Uit de resultaten van dit onderzoek bleek eveneens dat de vellen grafeen verfrommelen zoals papier en terug afvlakken naar hun oorspronkelijk vorm.

McEuen, leidinggevende in het onderzoek, had het in een conversatie met één van zijn studenten ooit eens over de oude kunsten, met Melina Blees, die een achtergrond heeft in deze kunstvormen. Ze hadden het toen over wat er allemaal kon gedaan worden met dergelijke kleine vellen papier, origami en kirigami.

‘Het begon als een dwaze streek’, vertelde McEuen, ‘Maar van zodra we eraan begonnen merkten we op dat het doenbaar was en dat het waarschijnlijk bruikbaar was en een vervolg zou vinden.”

Blees ontwierp verscheidene 3D modellen van kirigami structuren op de computer en nam ze mee naar het kunstdepartement, waar ze eerst werden gemaakt op papier met behulp van een laser om ze daarna naar het labo van Mceuen te brengen.

Nadat het team de gewenste structuur had gevonden gingen ze verder aan het werk om deze – wel uitgerekend – uit grafeen te knutselen, om ze daarna te manipuleren onder de microscoop.

De onderzoekers creëerden microscopische scharnieren en veren die vanop geactiveerd kunnen worden met behulp van magneten.

McEuen voorziet in de nabij toekomst technologie gebaseerd op kirigami technieken die hun weg zullen banen naar de flexibele elektronica.

Grafeen kan elektriciteit geleiden, en de structuren waarmee het onderzoeksteam op de proppen kwam zouden, in theorie, gebruikt kunnen worden om te implanteren in iemands vel of lichaam, aangezien ze zich kunnen draaien en meebewegen met het weefsel.

McEuen suggereert dat deze kleine vouwbare grafeenmachines geïmplanteerd kunnen worden in het brein om neurale signalen te detecteren.

“Met dit soort materialen voorzien we om flexibele elektronica te ontwerpen die een cel, of een neuron kan binnendringen,” vertelde hij, ”
“In de toekomst kan dit soort technologie de baan vrijmaken voor uiterst kleine nanorobotten.”

De onderzoeker wenst zijn onderzoek – waarmee hij nu bezig is – uit te breiden naar robottoepassingen die insecten en dieren imiteren, om hen dan te krimpen en te herschapen tot cellulaire schaal.

De kunst van het origami vindt de weg in het wetenschappelijk milieu, maar het kan nog 50 jaar duren vooraleer zulke complexe robotten zullen opduiken schat de wetenschapper.

Alsook NASA experimenteert met de ouderwetse kunstvorm van vouwtechnieken, om een zonnescherm te kunnen ontplooien in de ruimte.

Nature.com , Quartz


3D print schaalmodel structuur grafeen