Kirigami: la forma d'arte giapponese aiuta a creare nuovi materiali leggeri

di Vish Gain

4 giorni fa

Immagine: per gentile concessione dei ricercatori

Descritto come simile al "tappo d'acciaio", il reticolo di piastre sviluppato da un team di scienziati del MIT può aiutare a creare parti resistenti e leggere per aerei, automobili e veicoli spaziali.

Gli scienziati hanno creato un nuovo tipo di materiale a base metallica, basato sul kirigami – un’antica forma d’arte giapponese di piegare e tagliare la carta – che è più leggero del sughero.

Come gli origami più popolari, il kirigami è la pratica di piegare e tagliare la carta per creare forme 3D leggere e resistenti. Sostituendo la carta con i metalli, gli scienziati sperano che questo cosiddetto materiale architettonico possa avere proprietà meccaniche personalizzabili.

“Questo materiale è come il sughero d’acciaio”, ha affermato il professor Neil Gershenfeld, che dirige il Center for Bits and Atoms presso il Massachusetts Institute of Technology (MIT) ed è autore senior di un nuovo articolo su questo approccio. "È più leggero del sughero, ma ha un'elevata resistenza e un'elevata rigidità."

Conosciuto come reticolo a piastre, il materiale è stato costruito su una scala molto più ampia di quella che gli scienziati erano stati in grado di ottenere in precedenza mediante la fabbricazione additiva. Le forme personalizzate consentono agli scienziati di conferire nuove proprietà meccaniche ai metalli o ad altri materiali.

Il documento è stato presentato questa settimana alle conferenze tecniche internazionali di progettazione e ingegneria e alla conferenza Computers and Information in Engineering di Boston.

"I reticoli delle piastre superano i reticoli delle travi in ​​termini di resistenza e rigidità pur mantenendo lo stesso peso e struttura interna", ha affermato Alfonso Parra Rubio, uno degli autori principali dello studio.

“[La sua] costruzione è stata così difficile che c’è stata poca ricerca su scala macro. Riteniamo che la piegatura sia un percorso per un utilizzo più semplice di questo tipo di struttura a piastre realizzata in metalli”.

Altri dietro l'articolo includono Klara Mundilova, una studentessa laureata in ingegneria elettrica e informatica del MIT, David Preiss, uno studente laureato al MIT ed Erik Demaine, un professore di informatica del MIT.

Utilizzando questo metodo, il team ha prodotto strutture in alluminio con una resistenza alla compressione di oltre 62 kilonewton, ma con un peso di soli 90 chilogrammi per metro quadrato. Il sughero, invece, pesa circa 100 chilogrammi al metro quadrato.

Il team ha scoperto che le strutture erano così resistenti da poter sopportare una forza tre volte superiore a quella di una tipica ondulazione in alluminio. Ciò significa che la tecnica potrebbe aiutare gli scienziati a produrre componenti più leggeri e ammortizzanti per aerei, automobili e veicoli spaziali.

“Per realizzare cose come automobili e aeroplani, un enorme investimento va in attrezzature. Questo processo di produzione avviene senza strumenti, come la stampa 3D”, ha spiegato Gershenfeld. “Ma a differenza della stampa 3D, il nostro processo può stabilire il limite per le proprietà dei materiali da record”.

Ma il metodo che utilizza le strutture reticolari delle piastre kirigami può essere difficile da modellare.

"Nella mia esperienza nella produzione di progetti architettonici complessi, i metodi attuali per la costruzione di elementi curvi e doppiamente curvi su larga scala richiedono molti materiali e sono dispendiosi, e quindi ritenuti poco pratici per la maggior parte dei progetti", ha affermato James Coleman, co-fondatore della società di progettazione per fabbricazione e installazione. Punto somma.

"Sebbene la tecnologia degli autori offra nuove soluzioni all'industria aerospaziale e automobilistica, credo che il loro metodo basato sulle cellule possa avere un impatto significativo anche sull'ambiente costruito", ha aggiunto.

Coleman, che non è stato coinvolto in questo lavoro, ritiene che la capacità di fabbricare varie geometrie di reticoli di piastre con proprietà specifiche potrebbe consentire edifici più performanti e più espressivi con meno materiale.

“Addio strutture pesanti in acciaio e cemento, ciao tralicci leggeri!”

10 cose che devi sapere direttamente nella tua casella di posta ogni giorno feriale. Iscriviti alBreve quotidiano, il riassunto delle notizie sci-tecnologiche essenziali di Silicon Republic.

Correlati: ricerca, tecnologia spaziale, tecnologia automobilistica, scienza dei materiali, Giappone, MIT