Plastic laat zich vouwen zonder het aan te raken

Materiaalkunde

Krimpfolie uit de hobbywinkel is goed genoeg om plastic in een gewenste vorm te vouwen, zonder het aan te raken.

Vouwen met licht. Drie sterren vouwen tot een bloem met licht. Foto’s North Carolina State University

Drie op elkaar gestapelde plastic sterren vouwen zich vanzelf tot een soort lotusbloem door ze stapsgewijs met verschillende kleuren licht te beschijnen. Eerst vouwen de binnenste blaadjes omhoog. Daarna volgen de buitenste. Dit is origami op afstand.

Onderzoekers van de North Carolina (NC) State University ontwikkelden een eenvoudige methode om platte polymeervellen met licht te laten vouwen tot driedimensionale objecten. Hun resultaten verschenen vrijdag in Science Advances.

Zelfvouwende objecten die op een afstand aangestuurd kunnen worden, zijn niet alleen mooi om naar te kijken. „We kunnen ze gebruiken voor zonnecellen in de ruimtevaart, die pas in de ruimte uitvouwen”, zegt onderzoeksleider Jan Genzer van de NC State University aan de telefoon. „En ik zie ook toepassingen voor implantaten die in het lichaam gebracht worden en op de juiste plek uitvouwen.”

De manier waarop de onderzoekers de vellen lieten vouwen is bijna kinderlijk eenvoudig. „We gebruikten een soort speelgoedmateriaal”, vertelt chemisch ingenieur Michael Dickey van de NC State University aan de telefoon. In Nederland wordt een variant ervan verkocht in hobbywinkels: Krimpie dinkie krimpfolie. Je kunt erop tekenen en het daarna in de oven leggen. Het vel krimpt dan tot ongeveer de helft van de grootte en wordt een stuk dikker.

Dat het materiaal krimpt bij verhitting is precies wat de onderzoekers nodig hadden voor hun zelfvouwende objecten. In hun eerste experiment in 2011 kleurden ze de vouwlijnen zwart en schenen licht op de vellen. Zwart absorbeert licht goed. Daardoor worden de lijnen sneller warm dan de rest van het vel. De plaatselijke krimp zorgt dan voor een vouw. „Dat idee kwam van een 18-jarige scholier die inmiddels bij ons is afgestudeerd”, vertelt Dickey.

„Hiermee konden we de volgorde van de vouwen nog niet controleren”, vervolgt hij. „En voor praktische toepassingen is de volgorde waarin je iets in elkaar zet bepalend voor hoe het eruit zal zien.”

In het nieuwe onderzoek hebben Dickey en zijn team daarom gekleurde inkt gebruikt voor de vouwlijnen. Als je groen licht op een groene lijn schijnt, zal die niet omvouwen omdat hij geen groen licht absorbeert en dus niet opwarmt.

Een rode lijn daarentegen neemt groen licht erg goed op, waardoor hij opwarmt en ombuigt. De volgorde van de kleur licht waarmee je het vel beschijnt bepaalt daarmee de volgorde van vouwen. Zo wordt het mogelijk om complexe 3D-vormen te maken.

Er bestaan meer technieken om, zonder het materiaal aan te raken, een vorm te vouwen, maar dat zijn omslachtige procedures. De methode van de NC State University is eenvoudiger, en uit te voeren met simpele materialen: Krimpie dinkie folie, een laserprinter en lampen.

Dit experiment is nog maar een proof of concept, gemaakt van speelgoedmateriaal. Maar wellicht kun je straks met lampen op je Ikea-kast schijnen waarna hij zichzelf in elkaar zet.

    • Dorine Schenk