Pesquisadores da North Carolina State University desenvolveram materiais que podem ser usados ​​para criar estruturas capazes de se transformar em várias arquiteturas diferentes. Os pesquisadores imaginam aplicações que vão da construção à robótica.

"O sistema que desenvolvemos foi inspirado na metamorfose, "diz Jie Yin, autor correspondente de um artigo sobre o trabalho e professor associado de engenharia mecânica e aeroespacial na NC State. "Com metamorfose na natureza, os animais mudam sua forma fundamental. Criamos uma classe de materiais que podem ser usados ​​para criar estruturas que mudam sua arquitetura fundamental. "

Kirigami é um conceito fundamental para o trabalho de Yin. Kirigami é uma variação do origami que envolve cortar e dobrar papel. Mas embora o kirigami tradicionalmente use materiais bidimensionais, Yin aplica os mesmos princípios aos materiais tridimensionais.

O sistema de metamorfose começa com uma única unidade de kirigami 3D. Cada unidade pode formar várias formas em si mesma. Mas essas unidades também são modulares - podem ser conectadas para formar estruturas cada vez mais complexas. Como as próprias unidades individuais podem formar várias formas, e pode se conectar a outras unidades de várias maneiras, o sistema geral é capaz de formar uma ampla variedade de arquiteturas.

"Pense no que você pode construir com materiais convencionais, "Yin diz." Agora imagine o que você pode construir quando cada bloco de construção básico é capaz de se transformar de várias maneiras. "

O laboratório de Yin já havia demonstrado um conceito semelhante, em que unidades de kirigami 3D foram empilhadas umas sobre as outras. Nesse sistema, as unidades poderiam ser usadas para montar uma estrutura - mas a estrutura também poderia ser desmontada.

O sistema de metamorfose envolve realmente conectar as unidades de kirigami. Em outras palavras, uma vez que as unidades estão conectadas umas às outras, elas não podem ser desconectadas. Contudo, as estruturas maiores que eles criam são capazes de se transformar em múltiplas, arquiteturas diferentes.

"Existem duas grandes diferenças entre o nosso primeiro sistema de kirigami e o sistema de metamorfose, "Yin explica.

"O primeiro sistema kirigami envolvia unidades que podiam ser montadas em arquiteturas e depois desmontadas, o que é uma vantagem. Contudo, quando as unidades foram montadas, a arquitetura não seria capaz de se transformar. Como as laterais da unidade não eram rígidas e fixadas em ângulos de 90 graus, a estrutura montada pode se dobrar e se mover - mas não pode mudar fundamentalmente sua geometria.

"O sistema de metamorfose kirigami não permite que você desmonte uma estrutura, "Yin diz." E como os lados de cada unidade cúbica são rígidos e fixos em ângulos de 90 graus, a estrutura montada não dobra ou flexiona muito. Contudo, a estrutura acabada é capaz de se transformar em diferentes arquiteturas. "

Em testes de prova de conceito, os pesquisadores demonstraram que o sistema de metamorfose foi capaz de criar muitas estruturas diferentes que são capazes de suportar um peso significativo, mantendo sua integridade estrutural.

Essa integridade estrutural é importante, porque Yin pensa que a construção é uma aplicação potencial para o sistema de metamorfose.

"Se você aumentar essa abordagem, pode ser a base para uma nova geração de materiais de construção que podem ser usados ​​para criar estruturas rapidamente implantáveis, "Yin diz." Pense nas unidades médicas que tiveram que ser expandidas em um curto espaço de tempo durante a pandemia, ou a necessidade de abrigos de emergência após um desastre. "

Os pesquisadores também acham que o sistema de metamorfose poderia ser usado para criar uma variedade de dispositivos robóticos que podem se transformar para responder a estímulos externos ou para executar funções diferentes.

"Também achamos que esse sistema poderia ser usado para criar uma nova linha de brinquedos - especialmente brinquedos que podem ajudar as pessoas a explorar alguns conceitos fundamentais de STEM relacionados à física e à engenharia, "Yin diz." Estamos abertos para trabalhar com colaboradores da indústria para buscar essas e outras aplicações potenciais para o sistema. "

O papel, "Metamorfose da matéria arquitetada reconfigurável e reprogramável inspirada no kirigami tridimensional, "é publicado na revista Materiais Hoje Física .