Strutture basate su origami sono state utilizzate per creare array solari dispiegabili per lo spazio, sistemi acustici adattabili per sale sinfoniche e persino sistemi di protezione dagli urti per droni volanti.

Ora i ricercatori del Georgia Institute of Technology hanno creato un nuovo tipo di origami che può trasformarsi da un modello in uno diverso, o anche un ibrido di due modelli, alterando istantaneamente molte delle sue caratteristiche strutturali.

La ricerca, che è stato sostenuto dalla National Science Foundation e sarà pubblicato il 19 aprile sulla rivista Lettere di revisione fisica , potrebbe sbloccare nuovi tipi di strutture o metamateriali basati su origami che sfruttano le caratteristiche di due tipi di origami.

"Questo origami ibrido consente proprietà meccaniche riprogrammabili e la capacità di modificare tali proprietà mentre il materiale è in servizio, " disse Glaucio Paulino, un professore della Georgia Tech School of Civil and Environmental Engineering.

I ricercatori hanno iniziato con due tipi di modelli di origami:il Miura-ori e la scatola delle uova, entrambi i quali possono essere formati in fogli di motivi ripetuti. Le Miura-ori sembrano file di zig-zag piegate, mentre il motivo della scatola delle uova ricorda una catena montuosa con picchi e valli ripetuti.

Entrambi sono in grado di essere compressi in uno spazio molto piccolo, ma quando espansi si comportano in modo diverso l'uno dall'altro nel modo in cui rispondono alla flessione. Il motivo della scatola delle uova ricorda una cupola quando è piegato, e la Miura-ori prende la forma di una sella.

"Tradizionalmente, se hai un modello di scatola delle uova, sei bloccato nelle caratteristiche di quel particolare modello, " disse Paolino, che è anche la Raymond Allen Jones Chair of Engineering presso la School of Civil and Environmental Engineering. "Con questo nuovo schema, che chiamiamo morph, non è più così".

Il nuovo modello di origami raggiunge la sua capacità di morphing mediante una riprogettazione della geometria di due dei quattro piani che compongono una sezione dell'origami. Riducendo quei due piani su un lato, consente alle loro pieghe di spostarsi da una montagna a una valle, o in altre parole, piegare nella direzione opposta.

E soprattutto, il passaggio da picco a valle può avvenire sia che l'origami sia formato da un materiale flessibile come la carta o da un materiale rigido come il metallo.

Questo significa, Per esempio, che le strutture a base di origami utilizzate per i sistemi acustici, che sono già in grado di espandersi e contrarsi per aumentare o diminuire il volume della risposta sonora, potrebbero fare un passo avanti, cambiando il modo in cui si piegano per offrire potenzialmente una gamma ancora più ampia di risposte risonanti. Nell'esempio del sistema di protezione dagli urti dei droni, il nuovo modello di origami potrebbe potenzialmente offrire altre opzioni di personalizzazione o alterare aspetti della sua resistenza agli urti, ha detto Paolino.

"Gli investimenti di NSF nella ricerca fondamentale dei materiali architettonici hanno spinto le frontiere e creato strutture 'cambianti di forma' per applicazioni nell'esplorazione dello spazio, robotica e medicina, " ha detto Robert B. Stone, Civile di NSF, Direttore della divisione Innovazione Meccanica e Manifatturiera.

Il nuovo pattern origami è anche in grado di assumere una struttura ibrida, dove alcune righe sono piegate in una configurazione e altre sono state piegate nell'altra. In tale configurazione, la struttura presenterebbe caratteristiche di entrambi i tipi.

"Ci sono un gran numero di combinazioni in termini di come questi potrebbero essere configurati, che offre molte possibilità di personalizzazione per le strutture basate sul pattern morph, "ha detto Ke Liu, un ex studente laureato alla Georgia Tech e ora borsista post-dottorato presso il California Institute of Technology.

Un'altra caratteristica unica del modello di metamorfosi è ciò che accade quando una fila di Miura-ori si trova tra due file di uova. Tipicamente, quando viene applicata la tensione per separare uno dei motivi, rispondono cedendo e appiattendo la loro forma. Però, in questo nuovo caso, il modello Miura-ori si blocca in posizione.

"Il bloccaggio è molto forte, e non c'è modo di rompere quella presa se non quella di lacerare l'intera struttura, " disse Phanisri Pratapa, un ex borsista post-dottorato presso la Georgia Tech e ora assistente professore di ingegneria civile presso l'Indian Institute of Technology Madras.

Il blocco potrebbe consentire alle strutture di limitare la quantità di espansione possibile e modificare tale limite al volo, disse Pratapa.