La rivoluzione dell’origami nella costruzione di strutture portanti
Un team di ingegneri dell’Università del Michigan ha recentemente dimostrato, per la prima volta, la possibilità di costruire strutture portanti, come ponti e rifugi, utilizzando moduli origami. Questi componenti versatili sono in grado di piegarsi in modo compatto e di trasformarsi in varie forme.
Si tratta di un progresso significativo che potrebbe consentire alle comunità di ricostruire rapidamente infrastrutture e sistemi danneggiati o distrutti durante disastri naturali, o permettere la costruzione in luoghi precedentemente considerati impraticabili, inclusi gli spazi esterni. La tecnologia potrebbe inoltre essere impiegata per strutture che necessitano di essere montate e smontate rapidamente, come palchi per concerti ed eventi.
Progressi nella costruzione con origami
“Con la combinazione di adattabilità e capacità di sopportare carichi, il nostro sistema può costruire strutture utilizzabili nella costruzione moderna,” ha affermato Evgueni Filipov, professore associato di ingegneria civile e ambientale e di ingegneria meccanica, e autore corrispondente dello studio pubblicato su Nature Communications.
I principi dell’arte origami consentono di piegare materiali più grandi e di collassarli in spazi ridotti. Con l’accettazione sempre più ampia dei sistemi di costruzione modulare, le applicazioni per componenti che possono essere immagazzinati e trasportati con facilità si sono moltiplicate.
Un nuovo approccio al design origami
Un elemento chiave della svolta è stato un diverso approccio al design fornito da Yi Zhu, ricercatore in ingegneria meccanica e primo autore dello studio.
“Quando le persone lavorano con concetti origami, di solito partono dall’idea di modelli piegati in carta sottile, assumendo che i materiali saranno sottili come la carta,” ha detto Zhu. “Tuttavia, per costruire strutture comuni come ponti e fermate degli autobus usando l’origami, abbiamo bisogno di strumenti matematici che possano considerare direttamente lo spessore durante la progettazione iniziale dell’origami.”
Per rafforzare la capacità di sopportare il peso, molti ricercatori hanno tentato di ispessire i loro design sottili in punti variabili. Il team dell’Università del Michigan, tuttavia, ha scoperto che l’uniformità è la chiave.
“Ciò che accade è che si aggiunge uno strato di spessore qui e un diverso livello di spessore là, e diventa disomogeneo,” ha detto Filipov. “Quindi, quando il carico viene trasportato attraverso questi componenti, inizia a causare flessioni.
“Quell’uniformità dello spessore del componente è ciò che è fondamentale e ciò che manca in molti sistemi origami attuali. Quando si ha quella, insieme a dispositivi di bloccaggio appropriati, il peso posto su una struttura può essere trasferito uniformemente in tutto.”
Oltre a sopportare un carico elevato, questo sistema, noto come sistema di Strutture Ispirate all’Origami Modulari e Uniformemente Spesse, può adattare le sue forme per diventare ponti, muri, pavimenti, colonne e molte altre strutture.
La ricerca dell’Università del Michigan è stata supportata dall’uso del suo Simulatore Multi-Fisica di Origami che Lavora Sequenzialmente (SWOMPS), un simulatore che prevede accuratamente i comportamenti dei sistemi origami su larga scala. Sviluppato all’Università del Michigan, il sistema è disponibile al pubblico dal 2020.
La ricerca è stata finanziata dalla National Science Foundation degli Stati Uniti e dal Centro di Ricerca Automobilistica.
