A antiga arte de dobras de papel, origami, pode em breve ser a base de antenas auto-reconfiguráveis, dispositivos microfluídicos cujas características se alteram durante a operação – até dutos de ar condicionado e aquecimento que se ajustam com a demanda.
Estas aplicações serão o resultado de tubos origami desenvolvido por pesquisadores de três instituições, incluindo Georgia Institute of Technology. Pelas alterações das dobras do papel o mesmo tubo pode ter seis ou mais configurações. No momento as alterações são manuais, no futuro atuadores magnéticos ou elétricos seriam usados em aplicações reais.
Os tubos podem ser achatados para transporte e fabricados em tamanhos desde nanoescala até estruturas arquitetônicas. Pela aplicação da teoria matemática das dobras os pesquisadores podem criar tubos com as características necessárias para engenharia elétrica, engenharia civil, e outros. Os tubos usam o padrão Miura-ori, um dos muitos utilizados em origami.
“Desenvolvemos um novo tipo de tubo origami reconfigurável para muitos perfis diferentes,” diz Glaucio Paulino, professor na School of Civil and Environmental Engineering do Georgia Institute of Technology. “Também desenvolvemos uma teoria matemática que nos ajuda a desenhar os tubos e prever como podem ser reconfigurados ou reprogramados.”
A pesquisa teve apoio da National Science Foundation e publicada em 27 de janeiro 2016 na revista Proceedings of the Royal Society. Com Paulino, a equipe foi composta por Evgueni Filipov, graduado na University of Illinois na Urbana-Champaign e professor Tomohiro Tachi da universidade de Tóquio.
A fabricação inicia criando cortes no papel em um dispositivo semelhante a uma impressora. Um cortador especial é guiado pelo programa de computador para criar cortes parciais no papel grosso, controlando a velocidade e força do cortador. Os cortes facilitam dobrar e colar as partes dos tubos, que podem ser achatados e depois expandidos.
A inovação da equipe foi criar dobras com duas opções. Uma dobra pode criar uma seção saindo do tubo, como uma colina, ou pode criar uma vale no tubo. Estas variações permitem a seleção das várias configurações, cada uma gerando um perfil diferente.
“O perfil de cada seção é diferente, a área do tubo é diferente e as propriedades do tubo são diferentes,” diz Paulino. “A possibilidade de criar perfis diferentes é crítica, especialmente no caso de aplicações multi-físicas tais como origami desdobrável em conjunto com materiais responsivos.”
Entre as aplicações em potencial são tubos reconfiguráveis que podem conduzir energia eletromagnética funcionando como antenas. Dobras diferentes permitiriam o funcionamento em diversas frequências, interessante para aplicações comerciais e militares.
“A antena do seu telefone foi projetada para operar numa frequência especifica,” Paulino explica. “Se desejasse operar numa outra frequência teria que usar outra antena. Tendo a capacidade de reconfigurar teríamos a mesma antena origami funcionando em várias frequencias.”
Outras aplicações seriam desde diminutos tubos microfluídicos conduzindo líquidos, até aplicações em escala de engenharia e arquitetura em dutos e tubulações, e mesmo estruturas de sombra para edifícios durante a estação quente do ano.
Mesmo sendo de papel, os tubos origami podem ser bem resistentes suportando cargas pesadas, sendo facilmente dobráveis quando não em uso. Na prática, os tubos seriam feitos com polímeros flexíveis ou outros materiais.
Estruturas origami são antigas, o que Paulino e seus colaboradores contribuíram é a teoria e compreensão matemática permitindo uma abordagem de engenharia para o desenvolvimento das novas configurações dos tubos.
“Com a teoria matemática completa podemos prever quantos perfis cada tubo permite. Essa teoria é bem potente, temos a matemática, a teoria e os protótipos para demonstrar as ideias. Podemos programar esses tubos poligonais para criar praticamente qualquer formato.”
Futuramente Paulino e seus colaboradores pretendem criar um mecanismo atuador para reerguer os tubos conforme necessidade. O sistema poderia operar por estruturas magnéticas ou eletrônicas.
“Estamos trabalhando para juntar a capacidade de reconfiguração com uma função programável para ativar as dobras remotamente, assim poderíamos alterar as configurações à vontade.”
Em setembro de 2015 a mesma equipe relatou a criação de um tubo origami “zíper”, com estruturas em papel rígidos o bastante para suportar peso e ao mesmo tempo podendo ser achatados para fácil transporte. O método pode se aplicar a qualquer tipo de material plano, como plásticos e metais, transformando estruturas desde mobília e construções até microrrobôs.
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