Ingegneri del MIT utilizzano il Kirigami per strutture ultrarobuste e leggere
Materiali ultraresistenti e leggeri grazie all’arte giapponese del kirigami
Ricercatori del MIT hanno utilizzato il kirigami, l’arte giapponese di taglio e piegatura della carta, per sviluppare materiali ultraresistenti e leggeri con proprietà meccaniche regolabili, come rigidità e flessibilità. Questi materiali potrebbero essere utilizzati in aerei, automobili o navicelle spaziali.
• Materiali ultraresistenti e leggeri grazie all’arte giapponese del kirigami
• Materiali architettati ispirati dalla natura
• Materiali architettati e le loro applicazioni
• Il ruolo del kirigami nella creazione di materiali architettati
• Superare le sfide della fabbricazione
• Creazione di strutture leggere ma resistenti
• Arte e utilità nei materiali architettati
• Impatto sull’ambiente costruito
• Creazione di opere d’arte su larga scala
Materiali architettati ispirati dalla natura
I solidi cellulari sono materiali composti da molte celle che sono state impacchettate insieme, come un alveare. La forma di queste celle determina in gran parte le proprietà meccaniche del materiale, tra cui la sua rigidità o resistenza. Ad esempio, le ossa sono riempite con un materiale naturale che le rende leggere, ma rigide e forti.
Materiali architettati e le loro applicazioni
Inspirati dalle ossa e da altri solidi cellulari presenti in natura, gli esseri umani hanno utilizzato lo stesso concetto per sviluppare materiali architettati. Modificando la geometria delle celle unitarie che compongono questi materiali, i ricercatori possono personalizzare le proprietà meccaniche, termiche o acustiche del materiale. I materiali architettati sono utilizzati in molte applicazioni, dall’imballaggio antiurto alla regolazione del calore dei radiatori.
Il ruolo del kirigami nella creazione di materiali architettati
Utilizzando il kirigami, l’antica arte giapponese di piegare e tagliare la carta, i ricercatori del MIT hanno ora prodotto un tipo di materiale architettato ad alte prestazioni noto come reticolo di piastre, su una scala molto più grande di quanto gli scienziati siano stati in grado di ottenere precedentemente con la fabbricazione additiva. Questa tecnica permette loro di creare queste strutture da metallo o altri materiali con forme personalizzate e proprietà meccaniche specificamente adattate.
Superare le sfide della fabbricazione
I ricercatori del MIT hanno superato queste sfide di produzione utilizzando il kirigami, una tecnica per realizzare forme 3D piegando e tagliando la carta che risale agli artisti giapponesi del VII secolo.
Creazione di strutture leggere ma resistenti
Utilizzando il loro metodo, i ricercatori hanno prodotto strutture in alluminio con una resistenza alla compressione di oltre 62 kilonewton, ma con un peso di soli 90 chilogrammi per metro quadrato. (Il sughero pesa circa 100 chilogrammi per metro quadrato.) Le loro strutture erano così forti che potevano resistere a tre volte la forza di una tipica ondulazione di alluminio.
Proprietà personalizzabili
Inoltre, il modo in cui i ricercatori progettano, piegano e tagliano il modello consente loro di regolare certe proprietà meccaniche, come la rigidità, la resistenza e il modulo di flessione (la tendenza di un materiale a resistere alla piegatura). Codificano queste informazioni, così come la forma 3D, in una mappa di piegatura che viene utilizzata per creare queste ondulazioni di kirigami.
Arte e utilità nei materiali architettati
Le ondulazioni di kirigami offrono un potenziale entusiasmante per la costruzione architettonica. Nella mia esperienza di produzione di progetti architettonici complessi, i metodi attuali per costruire elementi curvi e doppiamente curvi su larga scala sono intensivi di materiali e sprechi, e quindi considerati impraticabili per la maggior parte dei progetti.
Impatto sull’ambiente costruito
La capacità di fabbricare varie geometrie di reticoli di piastre con proprietà specifiche potrebbe consentire edifici più performanti e più espressivi con meno materiale. “Addio pesanti strutture in acciaio e cemento, benvenuti leggeri reticoli!”
Creazione di opere d’arte su larga scala
Parra Rubio, Mundilova e altri studenti laureati del MIT hanno anche utilizzato questa tecnica per creare tre opere d’arte piegate su larga scala da composito di alluminio che sono in mostra al MIT Media Lab. Nonostante il fatto che ogni opera d’arte sia lunga diversi metri, le strutture hanno richiesto solo poche ore per essere fabbricate.