Veículos espaciais como o Falcon 9 da SpaceX são projetados para serem reutilizáveis. Mas isso significa que, como ginastas olímpicos esperando por uma medalha de ouro, eles têm que manter suas aterrissagens.

O pouso é estressante nas pernas de um foguete porque eles precisam lidar com a força do impacto com a plataforma de pouso. Uma forma de combater isso é construir pernas com materiais que absorvam parte da força e suavizem o golpe.

Pesquisadores da Universidade de Washington desenvolveram uma nova solução para ajudar a reduzir as forças de impacto - para aplicações potenciais em espaçonaves, carros e além. Inspirado na arte de dobrar papel do origami, a equipe criou um modelo de papel de um metamaterial que usa "vincos dobráveis" para suavizar as forças de impacto e, em vez disso, promover forças que relaxam as tensões na corrente. A equipe publicou seus resultados em 24 de maio em Avanços da Ciência .

"Se você estivesse usando um capacete de futebol feito desse material e algo acertasse o capacete, você nunca sentiria aquele golpe na sua cabeça. No momento em que a energia chega até você, não está mais pressionando. Está puxando, "disse o autor correspondente Jinkyu Yang, um professor associado de aeronáutica e astronáutica da UW.

Yang e sua equipe projetaram este novo metamaterial para ter as propriedades que desejavam.

"Metamateriais são como Legos. Você pode fazer todos os tipos de estruturas repetindo um único tipo de bloco de construção, ou célula unitária como a chamamos, "disse ele." Dependendo de como você projeta sua célula unitária, você pode criar um material com propriedades mecânicas exclusivas sem precedentes na natureza. "

Os pesquisadores se voltaram para a arte do origami para criar essa célula unitária específica.

"Origami é ótimo para realizar a célula unitária, "disse o co-autor Yasuhiro Miyazawa, um estudante de doutorado em aeronáutica e astronáutica da UW. "Mudando onde introduzimos vincos em materiais planos, podemos projetar materiais que exibem diferentes graus de rigidez quando se dobram e se desdobram. Aqui, criamos uma célula unitária que suaviza a força que sente quando alguém a empurra, e acentua a tensão que se segue à medida que a célula retorna à sua forma normal. "

Assim como origami, esses protótipos de células unitárias são feitos de papel. Os pesquisadores usaram um cortador a laser para cortar linhas pontilhadas no papel para designar onde dobrar. A equipe dobrou o papel ao longo das linhas para formar uma estrutura cilíndrica, e tampas de acrílico coladas em cada extremidade para conectar as células em uma longa cadeia.

Os pesquisadores alinharam 20 células e conectaram uma extremidade a um dispositivo que empurrou e desencadeou uma reação em toda a cadeia. Usando seis câmeras GoPro, a equipe rastreou a onda de compressão inicial e a onda de tensão seguinte à medida que as células unitárias voltavam ao normal.

A cadeia composta de células de origami mostrou o movimento de onda contra-intuitivo:embora a força de compressão do dispositivo tenha iniciado toda a reação, essa força nunca chegou ao outro lado da corrente. Em vez de, foi substituída pela força de tensão que começou quando as primeiras células unitárias voltaram ao normal e se propagaram cada vez mais rápido pela cadeia. Assim, as células unitárias no final da corrente sentiram apenas a força da tensão puxando-as para trás.

"O impacto é um problema que encontramos diariamente, e nosso sistema oferece uma abordagem completamente nova para reduzir seus efeitos. Por exemplo, gostaríamos de usá-lo para ajudar pessoas e carros a se saírem melhor em acidentes de carro, "Yang disse." No momento é feito de papel, mas planejamos fazer de um material composto. Idealmente, poderíamos otimizar o material para cada aplicação específica. "