Origami dobrável com espessura uniforme para criar estruturas de suporte de carga

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.

Yi Zhu e Evgueni Filipov trabalhando em laboratório

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.”

Origami dobrável para criar estruturas de suporte de carga

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.



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Formado em Educação Física, apaixonado por tecnologia, decidi criar o site news space em 2022 para divulgar meu trabalho, tenho como objetivo fornecer informações relevantes e descomplicadas sobre diversos assuntos, incluindo jogos, tecnologia, esportes, educação e muito mais.