Yi Zhu, pesquisador em Engenharia Mecânica, possui um design de origami que é capaz de se dobrar em algo que cabe no bolso e de se expandir em algo muito mais longo. Crédito: Brenda Ahearn/Universidade de Michigan, Faculdade de Engenharia, Comunicações e Marketing
O origami dobrável com painéis grossos abre um mundo de possibilidades.
Pela primeira vez, engenheiros da Universidade de Michigan demonstraram que estruturas estruturais, como pontes e abrigos, podem ser construídas usando módulos de origami. Esses componentes versáteis são capazes de dobrar de forma compacta e se transformar em vários formatos.
É um avanço que poderá permitir às comunidades reconstruir rapidamente instalações e sistemas danificados ou destruídos durante desastres naturais, ou permitir a construção em locais que antes eram considerados impraticáveis, incluindo o espaço exterior. A tecnologia também poderá ser usada em estruturas que precisam ser construídas e depois desmontadas rapidamente, como salas de concertos e palcos de eventos.
Avanços na construção de origami
“Com adaptabilidade e capacidade de transporte de carga, nosso sistema pode construir estruturas que podem ser usadas na construção moderna”, disse Evgueni Filipov, professor associado de engenharia civil e ambiental e de engenharia mecânica, e autor correspondente do estudo em Comunicações da Natureza.
Os princípios da forma de arte do origami permitem que materiais maiores sejam dobrados e colapsados em pequenos espaços. E com os sistemas de construção modulares ganhando maior aceitação, cresceram as aplicações de componentes que podem ser armazenados e transportados com facilidade.
A partir da esquerda, Yi Zhu, pesquisador em Engenharia Mecânica, e Evgueni Filipov, professor associado em Engenharia Civil e Ambiental e Engenharia Mecânica, trabalhando em seu laboratório no Edifício dos Laboratórios George G. Brown. Filipov e Zhu estão aplicando princípios de origami para criar Origami modular e uniformemente espesso (MUTO) para estruturas adaptáveis de grande escala, que suportam carga. Estes podem ser utilizados para criar estruturas temporárias, como palcos ou salas de concertos, bem como para construir estruturas, como edifícios ou pontes, a serem utilizadas em resposta a desastres naturais. Crédito: Brenda Ahearn/Universidade de Michigan, Faculdade de Engenharia, Comunicações e Marketing
Os pesquisadores lutaram durante anos para criar sistemas de origami com as capacidades de peso necessárias, mantendo a capacidade de implantação e reconfiguração rápida. Os engenheiros da UM criaram um sistema de origami que resolve esse problema. Exemplos do que o sistema pode criar incluem:
- Uma coluna de 3,3 pés de altura que pode suportar 2,1 toneladas de peso, pesando pouco mais de 16 libras e ocupando uma base de menos de 1 pé quadrado.
- Um pacote que pode ser desdobrado a partir de um cubo de 5 metros de largura para ser implantado em diferentes estruturas, incluindo: uma ponte pedonal de 4 metros de comprimento, um ponto de ônibus de 2 metros de altura e uma coluna de 4 metros de altura.
Uma nova abordagem para design de origami
A chave para o avanço veio na forma de uma abordagem de design diferente fornecida por Yi Zhu, pesquisador em engenharia mecânica e primeiro autor do estudo.
“Quando as pessoas trabalham com conceitos de origami, geralmente começam com a ideia de modelos finos dobrados em papel – presumindo que seus materiais serão finos como papel”, disse Zhu. “No entanto, para construir estruturas comuns como pontes e pontos de ônibus usando origami, precisamos de ferramentas matemáticas que possam considerar diretamente a espessura durante o projeto inicial do origami.”
Evgueni Filipov, professor associado de Engenharia Civil e Ambiental e Engenharia Mecânica, demonstra diferentes dobras e estruturas com um pequeno modelo em seu laboratório. Crédito: Brenda Ahearn/Universidade de Michigan, Faculdade de Engenharia, Comunicações e Marketing
Para aumentar a capacidade de suporte de peso, muitos pesquisadores tentaram engrossar seus designs finos como papel em vários pontos. A equipe da U-M, no entanto, descobriu que a uniformidade é fundamental.
“O que acontece é que você adiciona um nível de espessura aqui e um nível diferente de espessura ali, e isso fica incompatível”, disse Filipov. “Então, quando a carga passa por esses componentes, ela começa a causar flexão.
“Essa uniformidade da espessura do componente é o que é fundamental e o que falta em muitos sistemas de origami atuais. Quando você tem isso, junto com dispositivos de travamento apropriados, o peso colocado sobre uma estrutura pode ser transferido uniformemente por toda parte.”
Além de transportar uma grande carga, esse sistema – conhecido como sistema de estrutura modular e uniformemente espessa inspirada em origami – pode adaptar suas formas para se tornarem pontes, paredes, pisos, colunas e muitas outras estruturas.
Referência: “Estruturas adaptáveis e de transporte de carga inspiradas em origami modulares em grande escala e uniformemente espessas” por Yi Zhu e Evgueni T. Filipov, 15 de março de 2024, Comunicações da Natureza.
DOI: 10.1038/s41467-024-46667-0
A pesquisa da UM foi auxiliada pelo uso de seu Simulador Multi-Físico de Origami de Trabalho Sequencial (SWOMPS). É um simulador que prevê com precisão os comportamentos dos sistemas de origami em grande escala. Desenvolvido na UM, o sistema está disponível ao público desde 2020.
A pesquisa foi financiada pela National Science Foundation dos EUA e pelo Automotive Research Center.
