Gli scienziati usano il kirigami

Una forma d’arte giapponese secolare potrebbe dare origine a metodi di produzione di prossima generazione, come il sughero resistente come l’acciaio.

Di Andrea Paolo | Pubblicato il 23 agosto 2023 12:00 EDT

L'antica arte giapponese di piegare e tagliare la carta, nota come kirigami, ha ispirato sempre più una nuova generazione di materiali tecnici, dando vita a design sorprendentemente belli e resistenti. L’ultima iterazione, per gentile concessione dei ricercatori del MIT, aggiunge attributi trovati sia nei favi che nelle ossa umane per rafforzare ulteriormente i materiali architettonici avanzati, oltre a potenziare potenzialmente la resilienza di alcuni aeroplani, veicoli spaziali e robot.

Come dettagliato in un nuovo documento che sarà presentato alla prossima conferenza Computers and Information in Engineering dell'American Society of Mechanical Engineers, il team del Center for Bits and Atoms (CBA) del MIT ha sviluppato un nuovo metodo per produrre reticoli di piastre: materiali ad alte prestazioni utili nella progettazione automobilistica e aerospaziale. “Questo materiale è come il sughero d’acciaio. È più leggero del sughero, ma ha un'elevata resistenza e rigidità", spiega Neil Gershefeld, autore senior dello studio e ricercatore capo presso il Center for Bits and Atoms (CBA) del MIT.

Per raggiungere la loro svolta, gli ingegneri hanno modificato una tradizionale piega dell’origami Miura-ori già utilizzata nella creazione di reticoli di piastre per “strutture sandwich”, che posizionano un nucleo ondulato tra due piastre piatte. Sebbene le strutture sandwich a traliccio standard siano spesso realizzate con adesivi e saldature lenti, costosi e difficili, il team ha modificato gli angoli acuti del design Miura-ori in sfaccettature, consentendo il fissaggio delle piastre tramite rivetti e bulloni. Questo design modificato può essere ulteriormente personalizzato tramite diversi modelli e forme di cordonatura per affinare rigidità, flessibilità e forza specifiche, proprio come le forme cellulari che si trovano nelle ossa e nei favi.

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Secondo i risultati del team, i reticoli delle piastre potenziati dal kirigami hanno resistito tre volte più forza rispetto ai modelli standard di ondulazione in alluminio. Tali variazioni mostrano un’enorme promessa per le sezioni leggere e ammortizzanti necessarie all’interno di automobili, aerei e veicoli spaziali.

"La costruzione dei reticoli delle placche è stata così difficile che c'è stata poca ricerca su scala macro", ha spiegato Alfonso Parra Rubio, co-autore principale dell'articolo e assistente di ricerca presso il CBA. “Riteniamo che la piegatura sia un percorso per un utilizzo più semplice di questo tipo di struttura a piastre realizzata in metalli”.

Per dimostrare sia le capacità strutturali che artistiche ispirate al kirigami, alcuni studenti laureati del team hanno persino progettato un trio di grandi sculture tridimensionali attualmente in mostra al MIT Media Lab. "Alla fine, il lavoro artistico è possibile solo grazie ai contributi matematici e ingegneristici che mostriamo nei nostri giornali", ha detto Parra Rubio. "Ma non vogliamo ignorare il potere estetico del nostro lavoro."

Per il momento, il nuovo metodo di produzione del reticolo di piastre rimane difficile da modellare prima della costruzione. Guardando al futuro, tuttavia, il team intende creare strumenti CAD di facile utilizzo per ottimizzare e semplificare il processo di progettazione del reticolo kirigami. Secondo l'annuncio del MIT martedì, si spera anche di studiare modi per ridurre i costi computazionali legati alla simulazione dei progetti prima della produzione.

Andrew Paul è lo scrittore dello staff di Popular Science che si occupa di notizie tecnologiche. In precedenza, ha collaborato regolarmente con The AV Club e Input, e ha avuto lavori recenti presentati anche da Rolling Stone, Fangoria, GQ, Slate, NBC e Internet Tendency di McSweeney. Vive fuori Indianapolis.