Os pesquisadores da ETH Zurich desenvolveram estruturas multifuncionais de origami, que eles então fabricaram em objetos impressos 4-D. O princípio de design imita a estrutura da asa de uma lacraia.

Toda criança sabe sobre origami. A habilidade desta arte oriental está em dobrar uma folha de papel plana em diferentes - e em alguns casos altamente complexas - estruturas. Exemplos de origami também existem no mundo natural. A asa de uma lacraia é uma ilustração perfeita:seu design elaborado é muito mais engenhoso do que qualquer estrutura feita pelo homem.

Quando aberto, a asa da tesourinha se expande dez vezes maior do que quando fechada - uma das maiores taxas de dobra no reino animal. A grande área da asa permite que o inseto voe, enquanto a forma compacta com que as asas se retraem permite que a criatura faça um túnel subterrâneo sem danificar suas asas.

O design da asa tem outra característica única; Contudo, em aberto, No estado travado, a asa permanece rígida sem a necessidade de força muscular para fornecer estabilidade. Com apenas um "clique", a asa se dobra em si mesma completamente, sem atuação muscular.

Simulação traz um grande avanço

Pesquisadores da ETH Zurich e da Purdue University têm estudado o segredo das asas em forma de origami da tesourinha e criaram uma estrutura artificial que funciona com o mesmo princípio. O artigo deles acabou de aparecer no jornal Ciência .

Para analisar a estrutura e função da asa, o autor principal do estudo, Jakob Faber, do grupo de pesquisa liderado por André Studart, Professor de Materiais Complexos na ETH Zurique, em colaboração com o Prof. Andres Arrieta da Purdue University realizou uma simulação de computador da função da asa.

Isso mostrou que se a asa operasse no princípio clássico do origami - usando rígida, dobras retas com uma soma angular de 360 ​​graus em suas interseções - a tesourinha só seria capaz de dobrar sua asa até um terço de seu tamanho. O fator crucial no desenho da asa do inseto são suas dobras elásticas, que pode funcionar como uma mola extensional ou rotacional.

As juntas das asas são feitas de camadas de um biopolímero elástico especial, resilin, cuja disposição e espessura determinam o tipo de mola. Em alguns casos, ambas as funções extensional e rotacional são combinadas na mesma articulação.

Faber e seus colegas também examinaram o ponto na asa da lacraia que é responsável pela estabilidade tanto no estado aberto quanto fechado:a junta central da asa média. Neste ponto, as dobras se cruzam em ângulos incompatíveis com a teoria rígida do origami. "Este ponto trava a asa no lugar em seu estado aberto e fechado, "Faber enfatiza.

Objeto impresso 4D

Os pesquisadores transferiram os resultados das simulações de computador para uma impressora 3D multimaterial. Isso lhes permitiu fabricar diretamente um objeto 4D que compreende quatro placas de plástico rígidas conectadas entre si por uma junta elástica macia. As funções de mola das dobras de conexão foram programadas no material para permitir que realizem movimentos extensionais ou rotacionais, imitando o modelo biológico.

A asa do inseto é estável quando aberta, mas se dobra automaticamente até mesmo ao toque mais leve.

Na próxima etapa, os pesquisadores transferiram o princípio para elementos maiores e imprimiram uma pinça de origami com mola. Esta estrutura se dobra, bloqueia e é então capaz de agarrar objetos sem a necessidade de atuação externa.

Inscrições para viagens espaciais

Faber impresso em 3D, elementos de origami auto-dobráveis ​​estão atualmente disponíveis apenas como protótipos. Uma aplicação potencial pode ser a eletrônica dobrável. Outra área é a viagem espacial:velas solares para satélites ou sondas espaciais que podem ser transportadas dentro de um espaço muito pequeno e então desenroladas em seu tamanho real em seu local de uso. Estruturas de origami bioinspiradas com autotravamento, como a asa da lacraia, economizariam espaço, peso e energia, como eles não requerem quaisquer atuadores ou estabilizadores adicionais.

Os pesquisadores da ETH também podem imaginar usos mais mundanos, como tendas dobráveis, mapas ou folhetos informativos. "Uma vez que você desdobrou essas coisas, muitas vezes é impossível dobrá-los de volta à sua forma original. Se, por outro lado, eles simplesmente redobraram automaticamente, isso economizaria muito trabalho, "diz Faber, com um olhar brincalhão.