I ricercatori della Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) hanno sviluppato una struttura matematica che può trasformare qualsiasi foglio di materiale in qualsiasi forma prescritta, ispirato al mestiere di carta chiamato kirigami (dal giapponese, kiri, significato di tagliare e kami, significa carta).

A differenza del suo più noto cugino origami, che usa le pieghe per modellare la carta, kirigami si basa su un modello di tagli in un foglio di carta piatto per modificarne la flessibilità e consentirgli di trasformarsi in forme 3D. Gli artisti hanno usato a lungo questa forma d'arte per creare di tutto, dalle carte pop-up ai castelli e ai draghi.

"Abbiamo chiesto se è possibile scoprire i principi matematici di base alla base del kirigami e utilizzarli per creare algoritmi che ci consentissero di progettare il numero, dimensione e orientamento dei tagli in un foglio piatto in modo che possa trasformarsi in qualsiasi forma data, " disse L. Mahadevan, de Valpine Professore di Matematica Applicata, Fisica, e Biologia Organistica ed Evoluzionistica, l'autore senior sulla carta.

"In particolare, se ci viene data una forma generale in due o tre dimensioni, come dovremmo progettare i modelli di taglio in una forma di riferimento in modo che possiamo ottenere la forma finale in un unico movimento?" ha detto Gary P.T. Choi, uno studente laureato presso SEAS e primo autore del documento. "In questo lavoro, risolviamo questo problema individuando i vincoli che devono essere soddisfatti per ottenere questo schema di taglio, utilizzare un approccio di ottimizzazione numerica per determinare i modelli, e poi verificarlo sperimentalmente."

La ricerca è pubblicata su Materiali della natura .

Questa ricerca segue il lavoro precedente del laboratorio Mahadevan che ha caratterizzato il modo in cui i modelli basati su origami potrebbero essere utilizzati come elementi costitutivi per creare quasi tutte le forme curve tridimensionali.

"In realtà siamo stati in grado di fare un po' di più con il kirigami di quanto non siamo riusciti a fare con l'origami, " disse Levi Dudte, studente laureato nel laboratorio Mahadevan e coautore del documento. "La presenza di tagli e fori all'interno del materiale conferisce al kirigami la capacità di cambiare significativamente la sua forma."

"Il nostro lavoro trae ispirazione dall'arte, temperato dal rigore della matematica, e le sfide della forma ingegneristica. Trovare tassellature kirigami che possono convertire un quadrato in un cerchio, o un lenzuolo piatto in un poncho è solo l'inizio. Pensiamo che questo sia solo l'inizio di una serie di nuovi modi per progettare la forma nell'era digitale usando la geometria, topologia, e calcolo, " disse Mahadevan.

Successivamente i ricercatori mirano a esplorare come combinare tagli e pieghe per ottenere qualsiasi forma con un determinato insieme di proprietà, collegando così origami e kirigami.