KAIST (Южная Корея) разработала сверхдеформируемую структуру из сплава с памятью формы, приводимую в действие светом

Репортаж от Wedoany，Корейский передовой институт науки и технологий (KAIST, президент Пэ Чун Сик) 20 июля объявил, что исследовательская группа под руководством профессора кафедры машиностроения Иль-Квона О (Il-Kwon Oh) разработала сверхдеформируемую структуру с фототермическим приводом. Используя единый процесс с ультрафиолетовым лазером, команда добилась того, что плоский тонкий лист из никель-титанового сплава с памятью формы (SMA) под воздействием света выпучивался из плоскости, образуя трёхмерную форму.

Носимые устройства и мягкие роботы следующего поколения должны быть лёгкими и тонкими, а также уметь менять форму при необходимости. Такие технологии рассматриваются как основа для дисплеев формы, адаптивных поверхностей, носимых интерфейсов и мягких роботов. Исследовательская группа разработала на плоском металлическом листе узоры точной резки и складывания, позволяющие преобразовывать его в заданную трёхмерную форму; принцип проектирования основан на искусстве вырезания из бумаги (киригами).

Сплавы с памятью формы — это особые металлы, которые даже после деформации восстанавливают заданную форму при нагреве до определённой температуры. Благодаря лёгкому весу и способности создавать значительные усилия, они широко используются в качестве ключевых материалов для мягких роботов и носимых приводов. Однако традиционные фототермические приводы из сплавов с памятью формы сталкиваются с ограничением: поверхность никель-титанового сплава (NiTi) неэффективно поглощает ближний инфракрасный свет. Для компенсации этого недостатка обычно требуется отдельное нанесение светопоглощающего покрытия, такого как оксид графена, полимерные композиты или плёнка нитрида титана (TiN). Эти внешние покрытия могут отслаиваться при многократных операциях, требуют дополнительной обработки, а также могут увеличивать теплоёмкость, замедляя скорость реакции, что создаёт ограничения как в технологичности изготовления, так и в эксплуатационных характеристиках.

Для решения этой проблемы исследовательская группа применила технологию микрообработки ультрафиолетовым лазером для формирования структур киригами на тонких листах из сплава с памятью формы (SMA), одновременно создавая на поверхности микропористый слой оксида титана (TiOₓ) с помощью лазерно-индуцированного окисления. В результате, без каких-либо отдельных внешних покрытий, поглощение ближнего инфракрасного света значительно повысилось. Команда также реализовала платформу, позволяющую точно контролировать высоту трёхмерной деформации и результирующую выходную силу путём настройки структурных параметров, таких как ширина шарниров и ширина щелей. Суть исследования заключается в одновременном программировании механического способа деформации структуры и эффективности поглощения света в единой металлической структуре.

Кроме того, команда применила технику пространственно контролируемого нанесения рисунка степени лазерно-индуцированного окисления. Различные участки при равномерном освещении одинаковой интенсивности могут последовательно деформироваться с разной скоростью. Исследователи описали это как «пространственно-временное управление приводом», означающее, что порядок и время деформации напрямую кодируются в самом материале через характеристики поглощения света, без необходимости какого-либо отдельного электрического управления.

Исследовательская группа дополнительно интегрировала фототермическую сверхструктуру SMA с многоканальным массивом светодиодов ближнего инфракрасного диапазона (NIR), расширив её до трёхмерного дисплея формы и тактильного интерфейса. Каждый элемент киригами из SMA независимо двигался в зависимости от избирательно подаваемого света. На этой основе команда успешно отобразила последовательность букв K→A→I→S→T и реализовала тактильные навигационные сигналы, указывающие направление.

Профессор Иль-Квон О отметил, что эта технология лазерного программирования представляет собой технологичную платформу, которая без каких-либо отдельных процессов нанесения покрытия позволяет кодировать механическую деформацию и оптические свойства в единой металлической структуре. Данная технология может широко применяться в адаптивных поверхностях, интерактивных тактильных интерфейсах и фототермических мягких роботах — в интеллектуальных деформируемых интерфейсах следующего поколения, управляемых светом. Первым автором исследования стал магистрант кафедры машиностроения Хёнсу Ким (Hyunsoo Kim), ответственным автором — профессор Иль-Квон О. Результаты исследования опубликованы в международном журнале «Advanced Science» и вошли в качестве внутренней обложки 31-го выпуска 13-го тома этого журнала, вышедшего 4 июня 2026 года.