🧱 Um novo origami transforma folhas em tijolos de construção

Pesquisadores da Universidade McGill desenvolveram um novo método para dobrar folhas planas em cascas lisas e curvas, capazes de passar, conforme necessário, de um estado flexível para um estado rígido que pode suportar cargas.

Graças a um modelo de origami no qual incorpora elementos semelhantes a cabos, a equipe pode controlar tanto a forma tridimensional final do material quanto seu grau de rigidez. Segundo os pesquisadores, essa inovação, um "módulo de lente de dupla curvatura", poderia avançar a tecnologia aplicada a objetos como tendas de emergência, robôs de morfologia variável e tecidos inteligentes.


"As estruturas dobráveis existentes nos forçam a fazer um compromisso: se são lisas e curvas, tendem a ser flexíveis e flácidas; se são sólidas e rígidas, geralmente têm formas angulares, irregulares, pouco práticas e difíceis de ajustar após a montagem", explica Damiano Pasini, coautor do estudo e professor de engenharia mecânica na Universidade McGill.

Isso representa uma restrição importante para tecnologias como dispositivos portáteis, implantes médicos, robôs flexíveis e estruturas espaciais implantáveis que, para suportar bem as forças exercidas externamente, geralmente precisam ter formas lisas e resistência confiável.

Para contornar esse problema, a equipe projetou um modelo de origami com dobras curvas que forma superfícies lisas de dupla curvatura, como esferas ou toros (formas de rosquinha). A estrutura assim formada pode ser "travada" em um estado rígido capaz de suportar cargas. Graças à adição de tendões internos cuja tensão pode ser ajustada, é possível reprogramar posteriormente essa mesma estrutura para torná-la ultra-flexível ou muito rígida, sem modificar sua forma nem seus materiais.

Cabos ajustáveis para modular a rigidez O novo modelo de dobra combina dobras curvas e retas, o que permite transformar folhas planas em superfícies contínuas e lisas, em vez das formas angulares características do origami clássico.

A partir de uma forma curva desejada (esfera, toro, vaso), os pesquisadores recorreram à geometria diferencial - que engloba as teorias matemáticas relativas ao ladrilhamento, em origami, e às superfícies desenvolvíveis - e em seguida à otimização numérica para calcular o esquema de dobras exato necessário para que, uma vez dobrada e travada, a casca de origami adote a forma desejada.

Em seguida, cortaram a laser e dobraram folhas de papelão de acordo com esse esquema, antes de montá-las para formar cascas, e depois inseriram cabos finos ("tendões") em locais precisos.

"Ao tensionar ou relaxar os tendões, medimos a evolução da rigidez e demonstramos que as cascas podiam passar de um estado flácido e flexível para um estado rígido e resistente à torção e à flexão", conta o professor Pasini.

Validados com o auxílio da teoria da mecânica, do origami rígido e de simulações geométricas, os resultados confirmam que a cinemática da dobra, ou seja, os movimentos do objeto, é viável. As simulações também confirmaram que as superfícies permaneciam lisas e que o esquema podia ser ampliado e repetido em mosaico.

Um novo paradigma de design Segundo Damiano Pasini, esses trabalhos abrem caminho para um novo paradigma de design de metamateriais inspirados no origami.

"Nossa abordagem abre novas perspectivas para o design de estruturas curvas portantes, implantáveis e adaptativas. Nossos resultados questionam a ideia de que seria necessário recorrer a materiais complexos ou a sistemas externos para obter rigidez ajustável. Eles demonstram, em vez disso, que uma geometria inteligente pode realizar grande parte do trabalho."

O estudo O artigo intitulado "Smooth doubly curved origami shells with reprogrammable rigidity", por Morad Mirzajanzadeh e Damiano Pasini, foi publicado na Nature Communications.