Unendo l'antica arte dell'origami con la tecnologia del 21° secolo, i ricercatori hanno creato un approccio in un'unica fase alla fabbricazione di complesse strutture di origami il cui peso leggero, espandibilità, e la forza potrebbe avere applicazioni in tutto, dai dispositivi biomedici alle apparecchiature utilizzate nell'esplorazione dello spazio. Fino ad ora, la realizzazione di tali strutture ha comportato più passaggi, più di un materiale, e montaggio da parti più piccole.

"Quello che abbiamo qui è la prova del concetto di un sistema integrato per la produzione di origami complessi. Ha enormi potenziali applicazioni, " ha detto Glaucio H. Paulino, la cattedra Raymond Allen Jones e professore alla School of Civil and Environmental Engineering del Georgia Institute of Technology e leader nel campo in crescita dell'ingegneria degli origami, o usando i principi dell'origami, matematica e geometria per fare cose utili. Lo scorso autunno la Georgia Tech è diventata la prima università del paese ad offrire un corso di ingegneria degli origami, che Paulino insegnava.

I ricercatori hanno utilizzato un tipo relativamente nuovo di stampa 3D chiamato Digital Light Processing (DLP) per creare strutture origami rivoluzionarie che non solo sono in grado di sostenere un peso significativo, ma possono anche essere piegate e ripiegate ripetutamente in un'azione simile alla lenta spinta e tiro di una fisarmonica. Quando Paulino riportò per la prima volta queste strutture, o "tubi con cerniera, "nel 2015, erano fatti di carta e richiedevano l'incollaggio. Nel lavoro attuale, i tubi con cerniera – e le strutture complesse che ne derivano – sono composti da una plastica (un polimero) e non richiedono assemblaggio.

Il lavoro è stato riportato in un recente numero di Materia morbida , una rivista pubblicata dalla Royal Society of Chemistry. Gli autori principali sono Paulino; H. Jerry Qi, The Woodruff Faculty Fellow presso la George W. Woodruff School of Mechanical Engineering della Georgia Tech; e Daining Fang dell'Università di Pechino e dell'Istituto di tecnologia di Pechino. Altri autori sono Zeang Zhao, uno studente in visita alla Georgia Tech ora all'Università di Pechino; Qiang Zhang dell'Università di Pechino; e Xiao Kuang e Jiangtao Wu della Georgia Tech.

Una tecnologia emergente

Esistono molti tipi diversi di tecnologie di stampa 3D. Il più familiare, getto d'inchiostro, esiste da circa 20 anni. Ma fino ad ora, è stato difficile creare strutture stampate in 3D con le intricate caratteristiche cave associate a complessi origami perché rimuovere i materiali di supporto necessari per stampare queste strutture è impegnativo. Ulteriore, a differenza della carta, i materiali stampati in 3D non potevano essere piegati numerose volte senza rompersi.

Inserisci DLP e un po' di ingegneria creativa. Secondo Qi, un leader nel campo emergente che collabora con il gruppo di Fang all'Università di Pechino, DLP è in laboratorio da un po', ma la commercializzazione è iniziata solo circa cinque anni fa. A differenza di altre tecniche di stampa 3D, crea strutture stampando strati successivi di una resina liquida che viene poi polimerizzata, o indurito, dalla luce ultravioletta.

Per i lavori in corso, i ricercatori hanno prima sviluppato una nuova resina che, quando guarito, è molto forte. "Volevamo un materiale che non fosse solo morbido, ma può anche essere piegato centinaia di volte senza rompersi, " disse Qi. La resina, a sua volta, è la chiave di un elemento altrettanto importante dell'opera:minuscole cerniere. Queste cerniere, che si verificano lungo le pieghe in cui si piega la struttura dell'origami, consentono la piegatura perché sono costituiti da uno strato di resina più sottile rispetto ai pannelli più grandi di cui fanno parte. (I pannelli costituiscono la maggior parte della struttura.)

Insieme hanno funzionato la nuova resina e le cerniere. Il team ha utilizzato DLP per creare diverse strutture di origami che vanno dalle singole celle di origami di cui sono composti i tubi con cerniera a un ponte complesso composto da molti tubi con cerniera. Tutti sono stati sottoposti a test che hanno dimostrato che non solo erano in grado di sostenere circa 100 volte il peso della struttura dell'origami, ma potrebbe anche essere piegato e aperto ripetutamente senza rompersi. "Ho un pezzo che ho stampato circa sei mesi fa che dimostro continuamente alle persone, e va ancora bene, " disse Qi.

Qual è il prossimo?

Qual è il prossimo? Tra l'altro, Qi sta lavorando per rendere la stampa ancora più semplice, esplorando anche modi per stampare materiali con proprietà diverse. Nel frattempo, Il team di Paulino ha recentemente creato un nuovo modello di origami sul computer di cui è entusiasta ma che non è stato in grado di realizzare fisicamente perché è così complesso. "Penso che il nuovo sistema potrebbe dargli vita, " Egli ha detto.