GLi Origami utilizzati per rafforzare i metamateriali 4D risultanti in un tubo Miura-ori accordabile

I ricercatori cinesi esplorano non solo l’ispirazione dei progetti e delle strutture di origami nella scienza e nella tecnologia di oggi, ma anche gli usi della stampa 4D in una gamma di applicazioni industriali. Le loro scoperte sono state recentemente pubblicate in ” Metamateriale di tubi Miura-ori con proprietà sintonizzabili dinamiche “, mentre esplorano come le moderne strutture possono essere ingegnerizzate per rispondere al loro ambiente, sia come componenti per l’aerospaziale, la robotica morbida, o persino l’ingegneria oceanografica. La differenza in queste strutture 4D è che le loro strutture complesse sono create attraverso l’impilamento di fogli Miura e la messa a punto di metamateriali origami.

Mentre i materiali sintonizzabili sono ovviamente un bene in ingegneria oggi, portando così molti designer dal regno 3D a quello della 4D, le strutture tipiche che vengono create sono spesso eccessivamente porose e prive della desiderata integrità complessiva. Anche questi tipi di strutture non possono essere modificate una volta che sono state prodotte. Per superare queste sfide, gli autori suggeriscono l’uso di strutture origami per strutture ingegneristiche che vanno dal nano alla grande scala.

“L’obiettivo di origami è trasformare un foglio di carta quadrato piatto in un’elaborata struttura 3D attraverso tecniche di piegatura e scultura”, affermano i ricercatori. “Ha quindi vantaggi fruttuosi come facile da fabbricare, evitando il complesso assemblaggio e normalmente leggero.”

Le strutture di origami in precedenti studi di ricerca hanno dimostrato di generare con successo cambiamenti nelle frequenze di risonanza, attualizzare i coefficienti di espansione termica, regolare le risposte elettromagnetiche e anche la rigidità. Per questo studio, gli autori sono stati in grado di creare due fogli Miura, identicamente assemblati ai loro lati aperti, che hanno portato alla costruzione di un metamateriale di un tubo Miura-ori. Sono stati eseguiti calcoli numerici per catturare sia la frequenza naturale che le proprietà dinamiche del metamateriale unico. Successivamente è stata eseguita una procedura in cinque fasi per realizzare i metamateriali del tubo Miura-ori: taglio, stampaggio, stampaggio, rifilatura e incollaggio.

I ricercatori hanno esaminato la risposta di spostamento dinamico per quanto riguarda il carico armonico, rendendosi conto che potrebbe essere sintonizzata “in un’ampia gamma”, e in particolare per entrambi i casi 2 e 3.

“La ragione per cui il metamateriale del tubo Miura-ori proposto può essere sintonizzato dinamicamente è stato anche spiegato qualitativamente dal punto di vista teorico. Questi risultati aprono una nuova strada verso metamateriali leggeri e riconfigurabili con proprietà dinamiche sintonizzabili simultaneamente ingegnerizzate “, hanno concluso i ricercatori nel loro articolo. “Inoltre, verranno offerte opportunità senza precedenti per strutture leggere per soddisfare le richieste con una gamma estremamente ampia di proprietà dinamiche sintonizzabili quando più materiali verranno utilizzati per costituire il metamateriale del tubo basato su Miura.”

“Ulteriori ricerche si concentreranno sullo studio delle influenze dello smorzamento [50] sulle proprietà dinamiche sintonizzabili. Inoltre, tenteremo di stabilire il modello dinamico del metamateriale del tubo Miura-ori utilizzando il sistema di smorzamento delle masse a molla [51] e ricaveremo le formulazioni di NNF e le risposte di spostamento dinamico. “

La stampa 3D può sembrare magica, specialmente sul desktop in cui gli utenti sono in grado di concepire un concetto in 3D dalla comodità del loro studio, laboratorio o casa e poi puff! Viene consegnato proprio sotto i loro occhi dalla semplice direzione digitale e da qualche filamento. La stampa 4D, tuttavia, fa un ulteriore passo in avanti, rendendolo un continuo punto di attrazione per gli appassionati di tecnologia oggi in quanto produce trame non solo evocate apparentemente dal nulla grazie al design e alla stampa 3D, ma una volta fabbricate prendono vita, respirano, si muovono e morphing a causa della temperatura e dell’ambiente.

Ciò che rende la stampa 4D ancora più interessante è che è ovvio che progettisti e ingegneri sono solo all’inizio della trasformazione delle applicazioni industriali, sia che si tratti di creare metamateriali , di stampare su supporti potenti come il metallo , o addirittura di bioprinting per la medicina rigenerativa

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