En fusionnant l'art ancien de l'origami avec la technologie du 21e siècle, les chercheurs ont créé une approche en une étape pour fabriquer des structures d'origami complexes dont le poids léger, évolutivité, et la force pourrait avoir des applications dans tous les domaines, des dispositifs biomédicaux aux équipements utilisés dans l'exploration spatiale. Jusqu'à maintenant, faire de telles structures a impliqué plusieurs étapes, plus d'un matériau, et l'assemblage à partir de pièces plus petites.

"Ce que nous avons ici, c'est la preuve de concept d'un système intégré de fabrication d'origami complexe. Il a des applications potentielles énormes, " a déclaré Glaucio H. Paulino, la chaire Raymond Allen Jones et professeur à la School of Civil and Environmental Engineering du Georgia Institute of Technology et un chef de file dans le domaine en pleine croissance de l'ingénierie de l'origami, ou en utilisant les principes de l'origami, mathématiques et géométrie pour faire des choses utiles. L'automne dernier, Georgia Tech est devenue la première université du pays à offrir un cours sur l'ingénierie de l'origami, que Paulino enseignait.

Les chercheurs ont utilisé un type d'impression 3D relativement nouveau appelé Digital Light Processing (DLP) pour créer des structures d'origami révolutionnaires qui sont non seulement capables de supporter un poids important, mais peuvent également être pliées et repliées à plusieurs reprises dans une action similaire à la poussée lente et traction d'un accordéon. Lorsque Paulino a signalé ces structures pour la première fois, ou "tubes zippés, " en 2015, ils étaient en papier et nécessitaient un collage. Dans les travaux en cours, les tubes zippés - et les structures complexes qui en sont faites - sont composés d'un seul plastique (un polymère) et ne nécessitent pas d'assemblage.

Le travail a été rapporté dans un récent numéro de Matière molle , une revue publiée par la Royal Society of Chemistry. Les principaux auteurs sont Paulino; H. Jerry Qi, Le membre de la faculté Woodruff de la George W. Woodruff School of Mechanical Engineering de Georgia Tech; et Daining Fang de l'Université de Pékin et de l'Institut de technologie de Pékin. Les autres auteurs sont Zeang Zhao, un étudiant invité à Georgia Tech maintenant à l'Université de Pékin; Qiang Zhang de l'Université de Pékin; et Xiao Kuang et Jiangtao Wu de Georgia Tech.

Une technologie émergente

Il existe de nombreux types de technologies d'impression 3D. Le plus connu, jet d'encre, existe depuis une vingtaine d'années. Mais jusqu'à maintenant, il a été difficile de créer des structures imprimées en 3D avec les caractéristiques creuses complexes associées à l'origami complexe, car il est difficile de retirer les matériaux de support nécessaires pour imprimer ces structures. Plus loin, contrairement au papier, les matériaux imprimés en 3D ne pouvaient pas être pliés plusieurs fois sans se casser.

Entrez DLP et un peu d'ingénierie créative. Selon Qi, un leader dans le domaine émergent collaborant avec le groupe de Fang à l'Université de Pékin, DLP est dans le laboratoire depuis un certain temps, mais la commercialisation n'a commencé qu'il y a environ cinq ans. Contrairement aux autres techniques d'impression 3D, il crée des structures en imprimant des couches successives d'une résine liquide qui est ensuite durcie, ou durci, par la lumière ultraviolette.

Pour les travaux en cours, les chercheurs ont d'abord développé une nouvelle résine qui, une fois guéri, est très fort. "Nous voulions une matière qui ne soit pas seulement douce, mais peut aussi être plié des centaines de fois sans casser, " dit Qi. La résine, à son tour, est la clé d'un élément tout aussi important du travail :de minuscules charnières. Ces charnières, qui se produisent le long des plis où la structure de l'origami se plie, permettent le pliage car ils sont constitués d'une couche de résine plus fine que les panneaux plus grands dont ils font partie. (Les panneaux constituent la majeure partie de la structure.)

Ensemble, la nouvelle résine et les charnières ont fonctionné. L'équipe a utilisé le DLP pour créer plusieurs structures d'origami allant des cellules d'origami individuelles qui composent les tubes à fermeture éclair à un pont complexe composé de nombreux tubes à fermeture éclair. Tous ont été soumis à des tests qui ont montré qu'ils étaient non seulement capables de supporter environ 100 fois le poids de la structure en origami, mais pourrait également être plié et déplié à plusieurs reprises sans se casser. "J'ai un article que j'ai imprimé il y a environ six mois et que je montre tout le temps aux gens, et c'est toujours bien, " dit Qi.

Et après?

Et après? Entre autres, Qi s'efforce de rendre l'impression encore plus facile tout en explorant des moyens d'imprimer des matériaux aux propriétés différentes. Pendant ce temps, L'équipe de Paulino a récemment créé un nouveau modèle d'origami sur l'ordinateur qui l'enthousiasme mais qu'il n'a pas pu physiquement créer car il est si complexe. "Je pense que le nouveau système pourrait lui donner vie, " il a dit.