Anche se forse non è iconico come la gru di carta, l'hypar origami con i suoi ampi archi opposti e la forma a sella è stato a lungo popolare per gli artisti che lavorano nella tradizione della piegatura della carta.

Ora i ricercatori del Georgia Institute of Technology e dell'Università di Tokyo stanno esaminando la forma con l'obiettivo di sfruttare le sue proprietà strutturali, sperando di trovare modi per sfruttare la sua bistabilità per costruire dispositivi o metamateriali multifunzionali.

Per uno studio riportato il 17 settembre sulla rivista Comunicazioni sulla natura e sostenuto dalla National Science Foundation, i ricercatori hanno esaminato prima se il popolare modello di origami che ricorda il paraboloide iperbolico geometrico - o hypar - avesse le stesse caratteristiche fisiche della sua controparte geometrica e hanno cercato di capire come le sue pieghe contribuiscono alla formazione del modello.

"Il paraboloide iperbolico è un modello sorprendente che è stato utilizzato nei progetti architettonici di tutto il mondo, " disse Glaucio Paulino, un professore della Georgia Tech School of Civil and Environmental Engineering. "Come un modello di origami, ha una bistabilità strutturale che potrebbe essere sfruttata per i metamateriali utilizzati nella cattura di energia o altri dispositivi microelettronici."

La bistabilità strutturale si riferisce alla capacità del modello di origami di trovare un equilibrio di riposo in due diversi stati, quando la forma della sella si inverte su se stessa. Questa capacità potrebbe consentire ai dispositivi basati sulla struttura dell'origami di riconfigurarsi per puntare gli archi in direzioni opposte al volo.

Come qualsiasi altro origami, il modello inizia con un foglio di carta piatto, che viene poi piegato lungo quadrati concentrici. Quelle pieghe si combinano per tirare le punte della carta in direzioni opposte, formando gli archi opposti di un paraboloide iperbolico.

Per capire di più sui meccanismi che creano le forme della sella, i ricercatori hanno creato un modello teorico che potrebbe servire a prevedere il comportamento dell'origami, e la loro analisi ha rafforzato l'idea che la struttura presentasse le stesse caratteristiche della sua controparte geometrica.

"Una delle cose davvero interessanti che abbiamo scoperto è che le pieghe dei quadrati concentrici non devono essere uniformi nei loro offset per formare l'hypar origami, "ha detto Ke Liu, un ex studente laureato presso la Georgia Tech e ora borsista post-dottorato presso il California Institute of Technology. "Quindi alcuni quadrati potrebbero essere abbastanza vicini tra loro e altri più distanti e comunque la forma complessiva sarebbe un paraboloide iperbolico".

Però, i ricercatori hanno notato che la mancanza di uniformità nelle pieghe altererebbe altri aspetti della struttura, come quanta energia sarebbe necessaria per spingerlo nella sua forma hypar.

"Potresti in teoria accordare ogni singola struttura hypar origami cambiando la scala di queste pieghe, e cambierebbe il modo in cui quella struttura risponde alle pressioni che la spingono contro, " Liu ha detto. "I progetti futuri per la robotica o altri dispositivi elettronici potrebbero utilizzare questo tipo di comportamento a scatto".

I ricercatori hanno anche piegato l'origami in una serie di quadrati in modo da formare quattro modelli di origami hypar sullo stesso foglio di materiale. Un modello fisico ha mostrato che la struttura ha fino a 32 diverse configurazioni stabili.

"La tessellazione ipar con più stati stabili ha applicazioni promettenti come metasuperfici e interruttori sensibili allo stimolo, " disse Tomohiro Tachi, che è professore associato presso l'Università di Tokyo, Giappone.

"Questi tipi di configurazioni potrebbero gettare le basi per future metasuperfici con proprietà riconfigurabili e un alto livello di sintonizzabilità, " disse Paolino, che è anche la Raymond Allen Jones Chair of Engineering presso la School of Civil and Environmental Engineering.