Se você já fez um guindaste de papel de origami, usando dobras e vincos para transformar um pedaço quadrado de papel artesanal no delicado pássaro de pescoço comprido, pode parecer estranho que essas mesmas técnicas de dobra estejam sendo usadas para desenvolver estruturas usadas em um dos as áreas mais avançadas da tecnologia moderna:missões espaciais.
No entanto, os engenheiros aeroespaciais se voltaram para a arte milenar do origami para resolver um sério enigma:como você encaixa estruturas maciças, como escudos que podem bloquear a luz das estrelas e velas que podem ajudar a impulsionar naves espaciais, nos foguetes significativamente menores que transportam essas estruturas para o espaço? Embora os tamanhos de cada uma dessas estruturas variem, imagine-se tentando encaixar um guarda-sol com 28 metros de diâmetro (aproximadamente o comprimento de uma quadra de basquete) em uma minivan.

Descobrir a resposta a essa pergunta é fundamental para permitir futuras missões espaciais que um dia procurarão exoplanetas e naves espaciais semelhantes à Terra que medirão melhor o sistema terrestre usando sensoriamento remoto por radar. E na vanguarda do uso dos princípios do origami para descobrir possíveis soluções para esse problema está o engenheiro aeroespacial Manan Arya.

“Quando falamos de grandes estruturas semelhantes a folhas, coisas como painéis solares ou refletores de antenas para naves espaciais, elas parecem folhas grandes e finas de material”, diz Arya, que lidera o Stanford Morphing Space Structures Lab. "Então é meio natural pensar, 'oh, nós colocamos vincos, colocamos dobras em todos os lugares.'"

Matemáticos e físicos ficaram cada vez mais intrigados com o origami nos últimos 30 anos, diz Arya, entendendo especialmente a mecânica de dobrar materiais finos semelhantes a folhas. Origami, explica Arya, levanta muitas questões e problemas sobre geometria, padrões de dobra e a mecânica de dobrar e amassar materiais semelhantes a folhas, como papel. “Vários desses problemas foram abordados por matemáticos e físicos, e vários desses problemas atraentes não foram resolvidos”.

Eles não são os únicos que experimentaram o fascínio do origami. "Nos últimos 20 anos, mais ou menos", diz ele, "há cada vez mais engenheiros que pegaram todos esses tipos de idéias matemáticas e físicas e as adaptaram para uso na fabricação de produtos".

Arya começou neste campo como estudante de graduação na Universidade de Toronto enquanto trabalhava com velas solares, que são velas muito finas que usam a radiação do sol para impulsionar pequenas naves espaciais, liberando-as da necessidade de transportar propulsores pesados. Para capturar o máximo de radiação possível, essas velas solares são enormes, com até 20 por 20 metros, enquanto a própria espaçonave é do tamanho de um pão. "Muito rapidamente, me deparei com o problema de como você empacota essas velas na espaçonave?" diz Aria. "Acabou sendo um problema bastante interessante em termos de como empacotamos isso, como dobramos isso, e foi assim que entrei no origami."

Arya se formou na Universidade de Toronto em 2011 e recebeu seu Ph.D. em 2016 da Caltech. Antes de chegar a Stanford no início deste ano, ele trouxe seu interesse por origami para o Jet Propulsion Laboratory da Caltech. Enquanto estava lá, ele projetou e testou esquemas de dobramento inspirados em origami para ajudar a resolver um desafio significativo na engenharia aeroespacial:procurar exoplanetas semelhantes à Terra.

A busca por esses exoplanetas é uma área crítica de exploração dentro da NASA, mas tentar encontrar esses planetas, diz Arya, é “como tentar tirar uma foto de um vaga-lume pairando ao lado de um holofote”. As estrelas em torno das quais esses exoplanetas orbitam são de 1 a 10 bilhões de vezes mais brilhantes que o próprio planeta, então mesmo os telescópios mais poderosos lutam para captar seu brilho relativamente fraco. (De acordo com Arya, se você fizer as contas, tirar uma foto do vaga-lume é cerca de mil vezes mais fácil.)

Uma possível solução para esse desafio é criar um dispositivo chamado starshade, que é essencialmente um grande disco que cria uma espécie de eclipse artificial que pode suprimir a luz das estrelas por um fator de 10 bilhões, permitindo que os cientistas finalmente vejam os exoplanetas que estão procurando. . O modelo de Arya para uma sombra estelar é dourado brilhante e refletivo, com uma espiral se desdobrando como uma flor desabrochando. Quando totalmente desdobrada, a sombra estelar de Arya tem 26 metros de diâmetro, aproximadamente o comprimento de uma quadra de basquete, e foi projetada para caber em um cilindro com cerca de 2 metros de altura e 2,5 metros de diâmetro.

Mas, por mais elegante e visualmente impressionante que seja, ele diz que ainda não está pronto para ser implantado. "Starshade não vai voar em sua versão atual. Ainda estamos muito em desenvolvimento de tecnologia", diz Arya. Isso porque, explica ele, a NASA deseja que as novas tecnologias estejam em um certo Nível de Prontidão Tecnológica, ou TRL, antes de serem incorporadas às missões espaciais. Starshade está entre TRL4 e TRL5, o que significa que precisa de mais testes e análises antes de atingir o TRL6, que é quando a NASA começa a se preparar para uma missão espacial.

Mais recentemente, Arya se interessou por origami que não começa com o que é essencialmente uma simples folha de papel plana, mas sim algo mais parecido com dobrar um enorme pedaço de couve. "É com babados, tem toda essa ondulação; você nunca pode achatar esse pedaço de couve", explica Arya. As ondulações adicionam resistência e estabilidade às estruturas da espaçonave, o que permite que elas assumam funções adicionais, como suporte de carga, que não são possíveis com materiais finos semelhantes a folhas. Para Arya, isso apresenta um novo conjunto de desafios:como você pega as regras do origami, que foram desenvolvidas para folhas de papel planas, e as aplica a coisas que não são planas?

Entre os puristas do origami, isso pode parecer um exagero. Os aficionados tradicionais da arte têm a expectativa de que cada padrão de origami comece com uma única folha de papel, sem cortes, sem colar várias folhas de papel. Mas quando Arya entra no reino de empacotar estruturas espaciais semelhantes a couve, ele sabe que terá que quebrar essa regra fundamental. "Somos engenheiros, certo? Podemos fazer cortes. Podemos colar mais papel ou empilhar várias folhas de papel juntas. E isso dá origem a comportamentos interessantes, mecânicas interessantes que são úteis para engenheiros."

De fato, à medida que as regras são distorcidas e quebradas, o número de soluções para transformar estruturas espaciais se expande. "O espaço de design", diz Arya, "é ilimitado". + Explorar mais

Engenheiros exploram origami para criar espaçonaves dobráveis ​​