Des structures à base d'origami ont été utilisées pour créer des panneaux solaires déployables pour l'espace, des systèmes acoustiques adaptables pour les salles symphoniques et même des systèmes de protection contre les collisions pour les drones volants.

Aujourd'hui, des chercheurs du Georgia Institute of Technology ont créé un nouveau type d'origami qui peut se transformer d'un motif en un autre, ou même un hybride de deux motifs, modifiant instantanément bon nombre de ses caractéristiques structurelles.

La recherche, qui a été soutenu par la National Science Foundation et doit être publié le 19 avril dans la revue Lettres d'examen physique , pourrait débloquer de nouveaux types de structures ou de métamatériaux basés sur l'origami qui exploitent les caractéristiques de deux types d'origami.

"Cet origami hybride permet des propriétés mécaniques reprogrammables et la possibilité de modifier ces propriétés pendant que le matériau est en service, " dit Glaucio Paulino, professeur à la Georgia Tech School of Civil and Environmental Engineering.

Les chercheurs ont commencé avec deux types de motifs d'origami :le Miura-ori et la boîte à œufs, qui peuvent tous deux être formés en feuilles de motifs répétitifs. Le Miura-ori ressemble à des rangées de zig-zags pliés, tandis que le motif de la boîte à œufs ressemble à une chaîne de montagnes avec des pics et des vallées répétés.

Les deux sont capables d'être compressés dans un très petit espace, mais lorsqu'ils sont étendus, ils se comportent différemment les uns des autres dans la façon dont ils réagissent à la flexion. Le motif de la boîte à œufs ressemble à un dôme lorsqu'il est plié, et le Miura-ori prend la forme d'une selle.

"Traditionnellement, si vous avez un modèle de boîte à œufs, vous êtes enfermé dans les caractéristiques de ce modèle particulier, " dit Paulino, qui est également titulaire de la chaire d'ingénierie Raymond Allen Jones à l'École de génie civil et environnemental. "Avec ce nouveau modèle, que nous appelons morph, ce n'est plus le cas."

Le nouveau motif d'origami atteint sa capacité de morphing par une refonte de la géométrie de deux des quatre plans qui composent une section de l'origami. En rétrécissant ces deux plans d'un côté, il permet à leurs plis de passer d'une montagne à une vallée, ou en d'autres termes, plier dans le sens inverse.

Et surtout, la transition du pic au creux peut se produire que l'origami soit formé d'un matériau flexible tel que le papier ou d'un matériau rigide tel que le métal.

Cela signifie, par exemple, que les structures à base d'origami utilisées pour les systèmes acoustiques - qui sont déjà capables de se dilater et de se contracter pour augmenter ou diminuer le volume de la réponse sonore - pourraient aller encore plus loin, changer la façon dont ils se plient pour offrir potentiellement une gamme encore plus large de réponses résonantes. Dans l'exemple du système de protection contre les collisions de drones, le nouveau motif origami pourrait potentiellement offrir d'autres options de personnalisation ou modifier des aspects de sa résistance aux chocs, dit Paulino.

« Les investissements de la NSF dans la recherche fondamentale sur les matériaux architecturaux ont repoussé les frontières et créé des structures « à changement de forme » pour des applications dans l'exploration spatiale, robotique et médecine, " a déclaré Robert B. Stone, Civil de NSF, Directeur du pôle Innovation Mécanique et Industrielle.

Le nouveau motif origami est également capable de prendre une structure hybride, où certaines rangées sont pliées dans une configuration et d'autres ont été pliées dans l'autre. Dans une telle configuration, la structure présenterait des caractéristiques des deux types.

« Il existe un grand nombre de combinaisons en termes de configuration, qui offre de nombreuses possibilités de personnalisation des structures basées sur le morph pattern, " dit Ke Liu, ancien étudiant diplômé de Georgia Tech et maintenant chercheur postdoctoral au California Institute of Technology.

Une autre caractéristique unique du modèle morph est ce qui se passe lorsqu'une rangée Miura-ori est située entre deux rangées de boîtes à œufs. Typiquement, lorsqu'une tension est appliquée pour séparer l'un ou l'autre des motifs, ils répondent en cédant et en aplatissant leur forme. Cependant, dans ce nouveau cas, le motif Miura-ori se verrouille en place.

"Le verrouillage est très fort, et il n'y a aucun moyen de briser cette prise autre que de déchirer toute la structure, " dit Phanisri Pratapa, un ancien boursier postdoctoral à Georgia Tech et maintenant professeur adjoint de génie civil à l'Institut indien de technologie de Madras.

Le verrouillage pourrait permettre aux structures de limiter la quantité d'expansion possible et de modifier cette limite à la volée, dit Pratapa.