Os componentes elásticos permitem que os engenheiros criem estruturas que respondem de novas maneiras à força externa. Crédito: Wright Seneres/Princeton University
Os engenheiros de Princeton estão torcendo, alongando e vincando estruturas para criar um novo tipo de origami, que muda sua forma e propriedades em resposta às mudanças nas circunstâncias. O novo método pode ser útil para próteses, antenas e outros dispositivos.
Quando um dispositivo precisa se encaixar em um espaço compacto – em uma espaçonave ou em um dispositivo cirúrgico – e depois se desdobra em uma forma complexa, o origami geralmente fornece uma solução. Mas a maioria das formas de origami é bloqueada em alguns padrões de conjunto depois que suas dobras são feitas.
Uma equipe de Princeton liderada por Glaucio Paulino queria criar estruturas que reagem a um estímulo externo de várias maneiras, não apenas em algumas respostas padronizadas. Para conseguir isso, a equipe se voltou para uma técnica chamada frustração geométrica.
Uma estrutura baseada em origami será dobrada e torcerá de certas maneiras com base nas propriedades do material da estrutura e em sua geometria. Quando os engenheiros impedem esse movimento natural, eles chamam de “frustrante” a estrutura. Normalmente, os engenheiros precisam contornar a frustração, mas, neste caso, expande seu kit de ferramentas.
“Às vezes, a frustração é desejável”, disse Paulino, professor de engenharia de Margareta Engman Augustine em Princeton. A frustração permite que os designers levem a origami que sigam padrões normalmente não permitidos por sua geometria. “Isso abre muitas possibilidades de coisas que poderíamos projetar que nunca poderíamos fazer antes”.
Os componentes elásticos permitem que os engenheiros criem estruturas que respondem de novas maneiras à força externa. Crédito: Wright Seneres/Princeton University
Em um artigo publicado no processo da Academia Nacional de Ciências, os pesquisadores descreveram como adicionaram componentes elásticos às estruturas cilíndricas de origami chamadas células Kresling. As seções elásticas agem como Springs. Ao controlar como as fontes respondem a uma força, os pesquisadores foram capazes de executar padrões de dobragem precisos das células que não eram viáveis sem as molas.
Paulino disse que Springs permite que os designers introduzam energia interna na estrutura dobrada usando pré-estresse. Esse pré-estresse permite que o origami responda de maneiras que não são possíveis com materiais comuns. Por exemplo, os engenheiros podem introduzir uma mola torcida que gira o origami de uma maneira específica; Eles podem adicionar uma mola ao longo do eixo principal da estrutura que aperta a estrutura em uma forma compacta ou a estica.
Ao combinar células frustradas nas pilhas, os engenheiros foram capazes de desenvolver materiais com controle fino sobre propriedades do material, como rigidez. Por exemplo, uma perna protética construída com esse sistema pode endurecer para fornecer suporte enquanto caminha em uma superfície plana, mas reconfigure em um estado mais flexível para subir escadas. Os designers também podem criar metasurfaces ajustáveis que são usados em antenas e ópticas.
“Explorar a frustração nos permite reprogramar a mecânica de origami, por exemplo, transformando a kresling aleatória dobrando em sequências precisas e controláveis e abrindo novas possibilidades para aplicações avançadas”, disse Diego Misseroni, colaborador da Universidade de Trento.
“Podemos programar qualquer propriedade mecânica que desejamos, então isso é único”, disse Tuo Zhao, pesquisador de pós -doutorado do grupo de Paulino.
A equipe vê um impacto potencial para esse tipo de estrutura em muitos campos. Esse sistema de origami frustrado pode combinar com outras técnicas e materiais que podem mudar sob demanda, de acordo com Shixi Zang, pesquisador de pós -doutorado e primeiro autor do artigo. Um exemplo é o uso de origami frustrado para desenvolver dispositivos modulares responsivos, como um soldado passivo que abre e fecha com base na temperatura ambiente.
Mais informações: Shixi Zang et al., Frustração de origami e sua influência nas paisagens energéticas das assembléias de origami, Anais da Academia Nacional de Ciências (2025). Doi: 10.1073/pnas.2426790122
Fornecido pela Universidade de Princeton
Citação: Os engenheiros projetam estruturas de origami que mudam de forma e rigidez sob demanda (2025, 6 de setembro) Recuperado em 6 de setembro de 2025 de https://techxplore.com/news/2025-09-origami-stiffness-demand.html
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