O origami da Ring oferece uma nova estratégia para embalagens extíssimas

Prévia do material em texto

1/3
O origami da Ring oferece uma nova estratégia para
embalagens “extíssimas”
Um projeto baseado em origami permite a dobragem autoguiada e a implantação de estruturas pop-up
para várias aplicações biomédicas, robóticas e aeroespaciais.
Crédito da imagem: Shuai Wu, et al.
Estruturas de anel são amplamente utilizadas em muitas aplicações de engenharia e biomédicas, como
painéis solares de satélite e stents biomédicos. Essas estruturas são geralmente compostas de um
dossel fino suportado por quadros de esqueleto rígidos para fornecer a rigidez e estabilidade
necessárias. Embora sejam alternativas atraentes para contrapartes rígidas devido ao seu peso leve, o
transporte de grandes estruturas pode ser um desafio e às vezes limita a aplicação.
Como resultado, os esforços têm sido dedicados à determinação de materiais com mecanismos de
embalagem eficientes em termos de espaço. Por exemplo, o origami, uma arte de dobrar papel, tem sido
amplamente estudado nos últimos anos por embalagens que economizam espaço e estruturas
implantáveis. No origami, as folhas bidimensionais (2D) são dobradas em estruturas tridimensionais
(3D). No entanto, para alcançar a forma final dobrada desejada, a maioria dos projetos de origami exige
que uma pessoa tenha a habilidade certa para manipular o papel. A dependência da destreza reduz a
tolerância ao erro e a confiabilidade dos processos de dobragem e implantação.
Em um estudo recente, pesquisadores da Universidade Estadual de Ohio e do Instituto de Tecnologia da
Geórgia introduziram o conceito de “aring origami”, que são geometrias de anéis dobráveis. Sob uma
2/3
torção mecânica inicial, o anel pode ser dobrado e em uma forma menor e desejada. Devido à
estabilidade mecânica, o processo de dobramento pode ser auto-guiado ou se encaixar na forma final
desejada uma vez que a força de torção inicial é aplicada.
O anel origami oferece uma nova estratégia para embalagens extremas. Crédito da imagem: Shuai
Wu, Ohio State University
Esta auto-orientação pode tolerar os erros da força de torção inicial e garante a forma final. No entanto,
nem todos os anéis podem ter esse recurso de auto-orientação, e a chave é encontrar o design
adequado da forma de seção transversal do anel. Ferramentas numéricas foram usadas para estudar o
encaixe do anel de origami e orientar seu projeto estrutural para comportamento de dobramento
otimizado.
Depois de aprender o mecanismo fundamental, a equipe montou ainda mais vários anéis de origami que
permitem a rápida transformação de estruturas pop-up de uma forma quase 2D para uma estrutura 3D
de forma autoguiada. Ao usar essa estratégia, a equipe demonstra o dobramento e a implantação de
conjuntos 3D com proporções significativas de embalagem.
Para proporcionar mais flexibilidade e versatilidade no projeto de conjuntos 2D e 3D de origami de anel,
estudamos o dobramento de diferentes anéis com geometrias complexas. O dobramento experimental
de anéis plásticos valida os resultados de simulações com diferentes geometrias. Com diferentes anéis
como unidades básicas de construção, demonstramos experimentalmente a dobragem de conjuntos de
origami de anel, mostrando tremendas mudanças de área e volume.
Este conceito pode se aplicar a vários dispositivos, incluindo painéis solares aeroespaciais e stents
biomédicos. Nesses casos, uma vez que a carga externa atinge um valor crítico, a estrutura aciona uma
deformação instantânea para a configuração estável desejada. O comportamento de encaixe leva ao
estado deformado com alta precisão geométrica e alta tolerância ao erro de carga sob perturbações
externas.
Embora o conceito de anel de origami ofereça uma nova maneira de projetar estruturas de dobramento
instantâneo, ainda há alguns desafios a serem superados. Por exemplo, à medida que o número de
3/3
anéis na estrutura aumenta, determinar como dobrar esses anéis pode ser um desafio, pois os anéis
vizinhos podem interferir uns aos outros durante a dobragem. Além disso, adicionar um dossel para
formar uma máscara também pode interferir na dobragem. A equipe está atualmente trabalhando para
enfrentar esses desafios.
Roteiro: Renee Zhao, Shuai Wu, e Jerry Qi
Referência: Shuai Wu, et al., Ring Origami: Snap-Folding of Rings with Different Geometries, Advanced
Intelligent Systems (2021). DOI: 10.1002/aisy.202100107
ASN WeeklyTradução
Inscreva-se para receber nossa newsletter semanal e receba as últimas notícias científicas diretamente
na sua caixa de entrada.
ASN WeeklyTradução
Inscreva-se no nosso boletim informativo semanal e receba as últimas notícias científicas.
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/aisy.202100107