Fogli che mutano in qualsiasi forma

I ricercatori hanno sviluppato un quadro matematico in grado di trasformare qualsiasi foglio di materiale in qualsivoglia forma prescritta, ispirato al kirigami.

I ricercatori della Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) hanno sviluppato un quadro matematico in grado di trasformare qualsiasi foglio di materiale in qualsivoglia forma prescritta, ispirato al kirigami (dal giapponese, kiri, che significa tagliare e kami, che significa carta).

A differenza del suo più noto origami, che utilizza le pieghe per modellare la carta, il kirigami si basa su un modello di tagli in un foglio di carta piatto per cambiare la sua flessibilità e consentirgli di trasformarsi in forme 3D. Gli artisti hanno usato a lungo questa forma d'arte per creare di tutto, dalle carte pop-up a castelli e draghi. La ricerca è pubblicata su Nature Materials. (1)

“Abbiamo chiesto se è possibile scoprire i principi matematici alla base del kirigami e utilizzarli per creare algoritmi che ci consentirebbero di progettare il numero, la dimensione e l'orientamento dei tagli in un foglio piatto in modo che possa trasformarsi in qualsiasi forma”, ha affermato il dottor Lakshminarayanan Mahadevan, (2) professore di matematica applicata, fisica e biologia organica ed evoluzionistica di Valpine, autore senior del documento.

Gary P. T. Choi, (3) uno studente laureato presso la SEAS e primo autore del documento, spiega: “in particolare, se ci viene data una forma generale in due o tre dimensioni, come dovremmo progettare i modelli di taglio in una forma di riferimento in modo da poterla distribuire alla forma finale in un movimento? In questo lavoro, risolviamo quel problema identificando i vincoli che devono essere soddisfatti per ottenere questo modello di taglio, utilizzare un approccio di ottimizzazione numerica per determinare i modelli e quindi verificarlo sperimentalmente.”

Questa ricerca segue il precedente lavoro del laboratorio Mahadevan che caratterizzava il modo in cui i motivi a base di origami potevano essere usati come mattoni per creare quasi qualsiasi forma curva tridimensionale. (4)

Levi Dudte, studente laureato nel laboratorio di Mahadevan e coautore del documento, spiega: “in realtà siamo stati in grado di fare un po' di più con il kirigami di quanto non fossimo in grado di fare con gli origami. La presenza di tagli e buchi all'interno del materiale conferisce al kirigami la possibilità di cambiare significativamente la sua forma.”

“Il nostro lavoro si ispira all'arte, mitigato dal rigore della matematica e dalle sfide della forma ingegneristica. Trovare tassellazioni di kirigami che possono convertire un quadrato in un cerchio o un foglio piatto in un poncho è solo l'inizio. Pensiamo che questo è solo l'inizio di una nuova classe di nuovi modi di progettare nell'era digitale usando la geometria, la topologia e il calcolo”, ha affermato il dottor Lakshminarayanan Mahadevan.

Successivamente i ricercatori mirano a esplorare come combinare tagli e pieghe per ottenere qualsiasi forma con un determinato insieme di proprietà, collegando così origami e kirigami.

Questa ricerca è stata sostenuta dalla Fondazione Croucher e dalla National Science Foundation.

Riferimenti:

(1) Programming shape using kirigami tessellations

(2) Lakshminarayanan Mahadevan

(3) Gary P. T. Choi

(4) Designing a pop-up future

Descrizione foto: i ricercatori della Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences hanno sviluppato una struttura matematica che può trasformare qualsiasi foglio di materiale in qualsiasi forma prescritta, usando il kirigami artigianale di carta. - Credit: Harvard SEAS.

Autore traduzione riassuntiva e adattamento linguistico: Edoardo Capuano / Articolo originale: Shape-shifting sheets