Embora talvez não seja tão icônico quanto o guindaste de papel, o origami hypar com seus arcos opostos extensos e formato de sela há muito é popular para artistas que trabalham na tradição de dobrar papel.

Agora, pesquisadores do Instituto de Tecnologia da Geórgia e da Universidade de Tóquio estão observando a forma com o objetivo de alavancar suas propriedades estruturais, na esperança de encontrar maneiras de aproveitar sua biestabilidade para construir dispositivos multifuncionais ou metamateriais.

Para um estudo relatado em 17 de setembro na revista Nature Communications e apoiado pela National Science Foundation, os pesquisadores examinaram primeiro se o padrão de origami popular que se assemelha ao parabolóide hiperbólico geométrico - ou hypar - tinha as mesmas características físicas de sua contraparte geométrica e tentaram entender como suas dobras contribuem para a formação do padrão.

"O parabolóide hiperbólico é um padrão notável que tem sido usado em projetos arquitetônicos em todo o mundo, "disse Glaucio Paulino, professor da Escola Tecnológica de Engenharia Civil e Ambiental da Geórgia. "Como um padrão de origami, tem biestabilidade estrutural que pode ser aproveitada para metamateriais usados ​​em captura de energia ou outros dispositivos microeletrônicos. "

Biestabilidade estrutural refere-se à capacidade do padrão de origami de encontrar um equilíbrio de repouso em dois estados diferentes - quando a forma da sela se inverte. Essa capacidade pode permitir que dispositivos baseados na estrutura do origami sejam reconfigurados para apontar os arcos em direções opostas durante o voo.

Como qualquer outro origami, o padrão começa com uma folha de papel plana, que é então dobrado ao longo de quadrados concêntricos. Essas dobras se combinam para puxar as pontas do papel em direções opostas, formando os arcos opostos de um parabolóide hiperbólico.

Para entender mais sobre os mecanismos que criam as formas de sela, os pesquisadores criaram um modelo teórico que poderia servir para prever o comportamento do origami, e sua análise reforçou a ideia de que a estrutura exibia as mesmas características de sua contraparte geométrica.

"Uma das coisas realmente interessantes que descobrimos foi que as dobras dos quadrados concêntricos não precisavam ser uniformes em seus deslocamentos para formar o origami hypar, "disse Ke Liu, um ex-aluno de graduação na Georgia Tech e agora um pós-doutorado no California Institute of Technology. "Portanto, alguns quadrados podem estar bem próximos e outros mais distantes e ainda assim a forma geral seria um parabolóide hiperbólico."

Contudo, os pesquisadores notaram que a falta de uniformidade nas dobras alteraria outros aspectos da estrutura, por exemplo, quanta energia seria necessária para colocá-lo em sua forma húmida.

"Você poderia teoricamente ajustar cada estrutura individual de origami hypar mudando a escala dessas dobras, e mudaria a forma como essa estrutura responde às pressões que empurram contra ela, "Liu disse." Futuros projetos de robótica ou outros eletrônicos podem utilizar esse tipo de comportamento de encaixe. "

Os pesquisadores também dobraram o origami em uma matriz de quadrados para que quatro padrões de origami hypar fossem formados na mesma folha de matéria. Um modelo físico mostrou que a estrutura tem até 32 configurações estáveis ​​diferentes.

"O mosaico de hypar com vários estados estáveis ​​tem aplicações promissoras como metassuperfícies responsivas a estímulos e interruptores, "disse Tomohiro Tachi, que é professor associado da Universidade de Tóquio, Japão.

"Esses tipos de configurações podem estabelecer as bases para futuras metassuperfícies com propriedades reconfiguráveis ​​e um alto nível de sintonia, "disse Paulino, que também é o Raymond Allen Jones Chair of Engineering na School of Civil and Environmental Engineering.