I veicoli spaziali come il Falcon 9 di SpaceX sono progettati per essere riutilizzabili. Ma questo significa che, come ginnaste olimpiche che sperano in una medaglia d'oro, devono attaccare i loro atterraggi.

L'atterraggio è stressante per le gambe di un razzo perché devono gestire la forza dell'impatto con la piattaforma di atterraggio. Un modo per combattere questo è costruire gambe con materiali che assorbono parte della forza e attutiscono il colpo.

I ricercatori dell'Università di Washington hanno sviluppato una nuova soluzione per aiutare a ridurre le forze di impatto, per potenziali applicazioni nei veicoli spaziali, auto e non solo. Ispirato all'arte di piegare la carta degli origami, il team ha creato un modello di carta di un metamateriale che utilizza "piegature pieghevoli" per ammorbidire le forze di impatto e promuovere invece le forze che rilassano le sollecitazioni nella catena. Il team ha pubblicato i suoi risultati il ​​24 maggio in Progressi scientifici .

"Se indossavi un casco da football realizzato con questo materiale e qualcosa ha colpito il casco, non sentiresti mai quella botta in testa. Quando l'energia ti raggiunge, non spinge più. sta tirando, " ha detto l'autore corrispondente Jinkyu Yang, un professore associato di aeronautica e astronautica UW.

Yang e il suo team hanno progettato questo nuovo metamateriale per avere le proprietà che volevano.

"I metamateriali sono come i Lego. Puoi realizzare tutti i tipi di strutture ripetendo un singolo tipo di mattoncino, o cellula unitaria come la chiamiamo noi, " ha detto. "A seconda di come progetti la tua cella elementare, puoi creare un materiale con proprietà meccaniche uniche che non hanno precedenti in natura."

I ricercatori si sono rivolti all'arte degli origami per creare questa particolare cellula unitaria.

"Origami è ottimo per realizzare la cella elementare, " ha detto il co-autore Yasuhiro Miyazawa, uno studente di dottorato in aeronautica e astronautica UW. "Cambiando il punto in cui introduciamo le pieghe nei materiali piatti, possiamo progettare materiali che mostrano diversi gradi di rigidità quando si piegano e si aprono. Qui abbiamo creato una cellula unitaria che ammorbidisce la forza che sente quando qualcuno la spinge, e accentua la tensione che segue quando la cellula ritorna alla sua forma normale."

Proprio come gli origami, questi prototipi di celle unitarie sono fatti di carta. I ricercatori hanno utilizzato un laser cutter per tagliare linee tratteggiate su carta per designare dove piegare. Il team ha piegato la carta lungo le linee per formare una struttura cilindrica, e poi tappi acrilici incollati su entrambe le estremità per collegare le celle in una lunga catena.

I ricercatori hanno allineato 20 celle e collegato un'estremità a un dispositivo che ha spinto e innescato una reazione lungo tutta la catena. Utilizzando sei fotocamere GoPro, il team ha monitorato l'onda di compressione iniziale e la successiva onda di tensione mentre le cellule unitarie tornavano alla normalità.

La catena composta dalle celle dell'origami ha mostrato il moto ondoso controintuitivo:anche se la forza di spinta di compressione dal dispositivo ha avviato l'intera reazione, quella forza non è mai arrivata all'altra estremità della catena. Anziché, è stato sostituito dalla forza di tensione che è iniziata quando le prime celle unitarie sono tornate alla normalità e si sono propagate sempre più velocemente lungo la catena. Quindi le celle unitarie alla fine della catena hanno sentito solo la forza di tensione che le tirava indietro.

"L'impatto è un problema che incontriamo quotidianamente, e il nostro sistema fornisce un approccio completamente nuovo per ridurne gli effetti. Per esempio, vorremmo usarlo per aiutare sia le persone che le auto a cavarsela meglio negli incidenti stradali, " Yang ha detto. "In questo momento è fatto di carta, ma abbiamo intenzione di realizzarlo con un materiale composito. Idealmente, potremmo ottimizzare il materiale per ogni specifica applicazione."