Yi Zhu, chercheur en génie mécanique, possède un modèle d'origami capable de se plier en quelque chose qui pourrait tenir dans une poche et qui pourrait s'étendre en quelque chose de beaucoup plus long. Crédit : Brenda Ahearn/Université du Michigan, Collège d'ingénierie, de communications et de marketing
L'origami pliable avec des panneaux épais ouvre un monde de possibilités.
Pour la première fois, des ingénieurs de l'Université du Michigan ont montré que des structures porteuses, telles que des ponts et des abris, peuvent être construites à l'aide de modules en origami. Ces composants polyvalents sont capables de se plier de manière compacte et de se transformer en diverses formes.
Il s'agit d'une avancée qui pourrait permettre aux communautés de reconstruire rapidement les installations et les systèmes endommagés ou détruits lors de catastrophes naturelles, ou de permettre la construction dans des endroits auparavant considérés comme peu pratiques, y compris l'espace. La technologie pourrait également être utilisée pour les structures qui doivent être construites puis démontées rapidement, telles que les salles de concert et les scènes événementielles.
Avancées dans la construction d’origami
« Grâce à sa capacité d'adaptation et à sa capacité de charge, notre système peut construire des structures pouvant être utilisées dans la construction moderne », a déclaré Evgueni Filipov, professeur agrégé de génie civil et environnemental et de génie mécanique, et auteur correspondant de l'étude dans Communications naturelles.
Les principes de la forme d’art de l’origami permettent de plier et de réduire des matériaux plus grands dans de petits espaces. Et avec la popularité croissante des systèmes de construction modulaires, les applications de composants pouvant être stockés et transportés facilement se sont développées.
De gauche à droite, Yi Zhu, chercheur en génie mécanique, et Evgueni Filipov, professeur agrégé en génie civil et environnemental et en génie mécanique, travaillant dans son laboratoire du bâtiment des laboratoires George G. Brown. Filipov et Zhu appliquent les principes de l'origami pour créer un origami modulaire et d'épaisseur uniforme (MUTO) pour des structures adaptables à grande échelle, porteuses de charges. Ceux-ci peuvent être utilisés pour créer des structures temporaires telles que des scènes ou des salles de concert ainsi que pour construire des structures telles que des bâtiments ou des ponts à utiliser en réponse aux catastrophes naturelles. Crédit : Brenda Ahearn/Université du Michigan, Collège d'ingénierie, de communications et de marketing
Les chercheurs luttent depuis des années pour créer des systèmes d’origami dotés des capacités de poids nécessaires tout en conservant la capacité de se déployer et de se reconfigurer rapidement. Les ingénieurs d'UM ont créé un système d'origami qui résout ce problème. Voici des exemples de ce que le système peut créer :
- Une colonne de 3,3 pieds de haut qui peut supporter 2,1 tonnes de poids tout en pesant elle-même un peu plus de 16 livres et avec une empreinte de base inférieure à 1 pied carré.
- Un ensemble qui peut se déplier à partir d'un cube de 1,6 pied de large pour se déployer dans différentes structures, notamment : un pont piétonnier de 13 pieds de long, un arrêt de bus de 6,5 pieds de haut et une colonne de 13 pieds de haut.
Une nouvelle approche de la conception d'origami
La clé de cette avancée réside dans une approche de conception différente proposée par Yi Zhu, chercheur en génie mécanique et premier auteur de l'étude.
« Lorsque les gens travaillent avec des concepts d'origami, ils commencent généralement par l'idée de modèles fins pliés en papier, en supposant que vos matériaux seront fins comme du papier », a déclaré Zhu. « Cependant, pour construire des structures communes telles que des ponts et des arrêts de bus en utilisant l'origami, nous avons besoin d'outils mathématiques capables de prendre directement en compte l'épaisseur lors de la conception initiale de l'origami. »
Evgueni Filipov, professeur agrégé en génie civil et environnemental et en génie mécanique, présente différents plis et structures avec un petit modèle dans son laboratoire. Crédit : Brenda Ahearn/Université du Michigan, Collège d'ingénierie, de communications et de marketing
Pour renforcer la capacité de charge, de nombreux chercheurs ont tenté d’épaissir leurs modèles minces comme du papier à différents endroits. L'équipe de l'UM a cependant constaté que l'uniformité est la clé.
« Ce qui se passe, c'est que vous ajoutez un niveau d'épaisseur ici, et un niveau d'épaisseur différent là, et cela ne correspond plus », a déclaré Filipov. « Ainsi, lorsque la charge est transportée à travers ces composants, cela commence à provoquer une flexion.
« Cette uniformité de l'épaisseur du composant est ce qui est essentiel et ce qui manque dans de nombreux systèmes d'origami actuels. Lorsque vous disposez de cela, associé à des dispositifs de verrouillage appropriés, le poids placé sur une structure peut être transféré uniformément.
En plus de supporter une charge importante, ce système, connu sous le nom de système de structure modulaire et uniformément épaisse inspirée de l'origami, peut adapter ses formes pour devenir des ponts, des murs, des sols, des colonnes et bien d'autres structures.
Les recherches de l'UM ont été facilitées par l'utilisation de son simulateur multi-physique Origami à fonctionnement séquentiel (SWOMPS). C'est un simulateur qui prédit avec précision les comportements des systèmes d'origami à grande échelle. Développé à l’UM, le système est accessible au public depuis 2020.
La recherche a été financée par la National Science Foundation des États-Unis et l’Automotive Research Center.
