Cientistas criam material que muda de forma inspirado na técnica de Kirigami

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Pesquisadores da Universidade Estadual da Carolina do Norte (Estados Unidos) desenvolveram um material que pode ser usado ​​para criar estruturas capazes de se transformar em várias arquiteturas diferentes.

As aplicações podem ser desde a construção civil até a área da robótica.

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

Kirigami como modelo

Kirigami é o conceito fundamental da pesquisa.

Essa técnica é uma variação do origami que envolve cortar e dobrar papel.

No entanto, enquanto o kirigami tradicionalmente usa materiais bidimensionais, os mesmos princípios são aplicados 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 podem 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”, diz Yin. “Agora imagine o que você pode construir quando cada bloco de construção básico é capaz de se transformar de várias maneiras.”

photo shows four different structures: a rectangle made up of many small cubes, which can turn into two different complex structures, one of which can turn into a large structure with cubes joined at the corners, with gaps between them.
Á esquerda: material transformável; No centro: Arquiteturas em que o material pode ser transformado; À direita: Sela arquitetada. Fonte: NC State University.

O sistema de metamorfose envolve realmente conectar as unidades de kirigami. Em outras palavras, uma vez que as unidades estão conectadas entre si, elas não podem ser desconectadas. No entanto, as estruturas maiores que eles criam são capazes de se transformar em arquiteturas múltiplas e diferentes.

O vídeo do sistema de metamorfose pode ser visto aqui.

“O sistema de metamorfose kirigami não permite desmontar uma estrutura”, diz Yin. “E como os lados de cada unidade cúbica são rígidos e fixados em ângulos de 90 graus, a estrutura montada não se curva ou flexiona muito. No entanto, a estrutura acabada é capaz de se transformar em diferentes arquiteturas.”

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 relacionados à física e à engenharia”, diz Yin. “Estamos abertos para trabalhar com colaboradores da indústria para buscar essas e outras aplicações potenciais para o sistema.”

Fonte:

Inspired by Metamorphosis, Researchers Create Materials For Shape-Shifting Architecture. NC State University. Setembro, 2021.

Imagem de capa: Shape-shifting sheets. Mathematical framework turns any sheet of material into any shape using kirigami cuts. Harvard.

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