L'antica forma d'arte giapponese ispira materiali leggeri e ultra resistenti

CON

Iscrivendoti, accetti i nostri Termini di utilizzo e le nostre Politiche. Puoi annullare l'iscrizione in qualsiasi momento.

L'antica arte giapponese di piegare e tagliare la carta chiamata kirigami è stata utilizzata in passato per sviluppare tecniche di stampa 3D, nastri rimovibili più resistenti e persino rivestimenti per scarpe. Le sue applicazioni sono state molteplici poiché ispira nuovi modi di fare le cose che si traducono in prodotti superiori.

Ora, gli ingegneri del MIT hanno utilizzato questa forma d'arte per sviluppare un tipo di materiale ultraresistente ma molto leggero ad alte prestazioni noto come reticolo a piastre, secondo un comunicato stampa pubblicato martedì.

“Questo materiale è come il sughero d’acciaio. È più leggero del sughero, ma ha un’elevata resistenza e un’elevata rigidità”, ha affermato il professor Neil Gershenfeld, che dirige il Center for Bits and Atoms (CBA) al MIT ed è autore senior di un nuovo articolo su questo approccio.

Utilizzando un processo di costruzione modulare che vede componenti più piccoli formati, piegati e assemblati in forme 3D, gli ingegneri sono stati in grado di produrre reticoli di piastre.

Si tratta di strutture cellulari composte da intersezioni tridimensionali di piastre, anziché di travi, che le rendono più resistenti e rigide dei reticoli reticolari.

Tuttavia, sono notoriamente complicati da fabbricare utilizzando tecniche comuni come la stampa 3D. È qui che sono entrati in gioco i kirigami.

Questa forma d'arte risale al VII secolo e finora è stata utilizzata con successo per produrre reticoli di piastre da pieghe a zigzag parzialmente piegate. I ricercatori del MIT hanno ulteriormente migliorato questo processo modificando un modello di piega comune degli origami, noto come modello Miura-ori, in modo che le punte acuminate della struttura ondulata vengano trasformate in sfaccettature. Le sfaccettature fungono da superfici piane alle quali è possibile fissare le piastre senza l'uso di bulloni o rivetti. Ciò consente la creazione di strutture sandwich.

"I reticoli delle piastre superano i reticoli delle travi in ​​termini di resistenza e rigidità pur mantenendo lo stesso peso e struttura interna", ha affermato Parra Rubio, assistente di ricerca presso il CBA.

“Il raggiungimento del limite superiore HS per rigidità e resistenza teoriche è stato dimostrato attraverso la produzione su scala nanometrica utilizzando la litografia a due fotoni. La costruzione dei reticoli a piastre è stata così difficile che sono state condotte poche ricerche su scala macro. Riteniamo che la piegatura sia un percorso per un utilizzo più semplice di questo tipo di struttura a piastre realizzata in metalli”.

Il nuovo processo consente inoltre agli ingegneri di controllare la rigidità, la resistenza e il modulo di flessione del nuovo materiale codificando questi dati in una mappa di cordonatura utilizzata per creare le ondulazioni del kirigami.

I ricercatori hanno persino concepito un processo di assemblaggio modulare conveniente per strutture più grandi, utilizzando una macchina unica chiamata tavolo da taglio Zund.

“Per realizzare cose come automobili e aeroplani, un enorme investimento va in attrezzature. Questo processo di produzione avviene senza strumenti, come la stampa 3D. Ma a differenza della stampa 3D, il nostro processo può stabilire il limite per le proprietà dei materiali”, ha affermato Gershenfeld.

Ora i ricercatori stanno lavorando su strumenti di progettazione CAD di facile utilizzo sviluppati appositamente per queste strutture ispirate al kirigami. Finora il team di ingegneri e studenti laureati ha utilizzato il nuovo processo per creare grandi opere d’arte in alluminio attualmente esposte al MIT Media Lab.

“Alla fine, il risultato artistico è possibile solo grazie ai contributi matematici e ingegneristici che mostriamo nei nostri articoli. Ma non vogliamo ignorare il potere estetico del nostro lavoro”, ha detto Rubio.

Le opere sono lunghe diversi metri ma sono state necessarie solo poche ore per realizzarle grazie all'efficienza del nuovo sistema.