Estruturas baseadas em origami foram usadas para criar painéis solares implantáveis ​​para o espaço, sistemas acústicos adaptáveis ​​para salas sinfônicas e até sistemas de proteção contra colisões para drones voadores.

Agora, os pesquisadores do Instituto de Tecnologia da Geórgia criaram um novo tipo de origami que pode se transformar de um padrão em outro, ou mesmo um híbrido de dois padrões, alterando instantaneamente muitas de suas características estruturais.

A pesquisa, que foi financiado pela National Science Foundation e será publicado em 19 de abril na revista Cartas de revisão física , poderia desbloquear novos tipos de estruturas baseadas em origami ou metamateriais que potencializam as características de dois tipos de origami.

"Este origami híbrido permite propriedades mecânicas reprogramáveis ​​e a capacidade de alterar essas propriedades enquanto o material está em serviço, "disse Glaucio Paulino, professor da Escola Tecnológica de Engenharia Civil e Ambiental da Geórgia.

Os pesquisadores começaram com dois tipos de padrões de origami:o Miura-ori e a caixa de ovos, ambos os quais podem ser formados em folhas de padrões repetidos. O Miura-ori se parece com fileiras de ziguezagues dobrados, enquanto o padrão da caixa de ovos se assemelha a uma cordilheira com picos e vales repetidos.

Ambos podem ser comprimidos em um espaço muito pequeno, mas quando expandidos, eles se comportam de maneira diferente uns dos outros em como respondem à flexão. O padrão da caixa de ovos se assemelha a uma cúpula quando dobrado, e o Miura-ori assume a forma de uma sela.

"Tradicionalmente, se você tem um padrão de caixa de ovo, você está preso às características desse padrão particular, "disse Paulino, que também é o Raymond Allen Jones Chair of Engineering na School of Civil and Environmental Engineering. "Com este novo padrão, que chamamos de metamorfose, não é mais o caso. "

O novo padrão de origami atinge sua capacidade de transformação por meio de um redesenho da geometria de dois dos quatro planos que compõem uma seção do origami. Ao encolher esses dois planos de um lado, permite que suas dobras mudem de uma montanha para um vale, ou em outras palavras, para dobrar na direção oposta.

E o mais importante, a transição do pico ao vale pode ocorrer se o origami for formado por um material flexível, como papel, ou um material rígido, como metal.

Que significa, por exemplo, que as estruturas baseadas em origami usadas para sistemas acústicos - que já são capazes de se expandir e contrair para aumentar ou diminuir o volume da resposta do som - poderiam dar um passo adiante, mudando como eles se dobram para oferecer potencialmente uma gama ainda maior de respostas ressonantes. No exemplo do sistema de proteção contra colisões com drones, o novo padrão de origami pode oferecer outras opções de personalização ou alterar aspectos de sua resistência ao impacto, Disse Paulino.

"Os investimentos da NSF na pesquisa fundamental de materiais arquitetados ampliaram as fronteiras e criaram estruturas de 'mudança de forma' para aplicações na exploração espacial, robótica e medicina, "disse Robert B. Stone, Civil da NSF, Diretor da divisão de Inovação Mecânica e de Manufatura.

O novo padrão de origami também é capaz de assumir uma estrutura híbrida, onde certas linhas são dobradas em uma configuração e outras são dobradas na outra. Em tal configuração, a estrutura exibiria características de ambos os tipos.

"Há um grande número de combinações em termos de como eles podem ser configurados, que oferece muitas possibilidades de personalização para estruturas baseadas no padrão de metamorfose, "disse Ke Liu, um ex-aluno de graduação na Georgia Tech e agora um bolsista de pós-doutorado no California Institute of Technology.

Outra característica única do padrão de metamorfose é o que acontece quando uma fileira de Miura-ori está situada entre duas fileiras de caixas de ovos. Tipicamente, quando a tensão é aplicada para separar qualquer um dos padrões, eles respondem cedendo e achatando sua forma. Contudo, nesta nova instância, o padrão Miura-ori se encaixa no lugar.

"O travamento é muito forte, e não há nenhuma maneira de quebrar esse aperto a não ser separar toda a estrutura, "disse Phanisri Pratapa, um ex-pós-doutorado na Georgia Tech e agora um professor assistente de engenharia civil no Indian Institute of Technology Madras.

O bloqueio pode permitir que as estruturas limitem a quantidade de expansão possível e alterem esse limite em tempo real, Disse Pratapa.