Il problema più complesso da affrontare? Assicurare un’elevata resistenza con spessori limitati
(Rinnovabili.it) – La forma d’arte degli origami consiste nel piegare e modellare un foglio di carta per trasformarlo in una figura completamente diversa, ma estremamente resistente. E se questo stesso principio potesse essere applicato anche al sistema delle costruzioni per realizzare in poco tempo ponti, strutture temporanee o un rifugio d’emergenza altamente resistenti, ma estremamente semplici da assemblare? Una sperimentazione di un gruppo di ingegneri dell’Università del Michigan ha trasformato l’idea in realtà.
Ponti compatti piegati come origami
Per la prima volta, strutture portanti come i ponti, i rifugi d’emergenza, ma anche strutture temporanee di una certa superficie, possono essere realizzate come moduli di origami, ovvero componenti versatili che possono piegarsi in modo compatto e adattarsi a forme diverse. Il risultato della ricerca permetterebbe di intervenire in caso di disastro naturale o catastrofe, realizzando le strutture necessarie in tempi brevissimi, limitando il disagio delle comunità colpite.
“Grazie sia all’adattabilità che alla capacità di carico, il nostro sistema può costruire strutture che possono essere utilizzate nell’edilizia moderna”, ha affermato Evgueni Filipov, professore associato di ingegneria civile e ambientale e di ingegneria meccanica e autore corrispondente dello studio pubblicato su Nature Communications. Il principio costruttivo è identico quello degli origami: gli elementi modulari sono assemblati in modo da poter essere piegati e compatti, semplificando le operazioni di trasporto, ma anche quelle di montaggio.
Il problema della compattezza
Il problema più complesso affrontato dagli ingegneri del team è stato quello di associare alla struttura, al rifugio d’emergenza, al ponte o alla costruzione, una sufficiente resistenza al peso nonostante la capacità di dispiegarsi molto rapidamente. La risposta è arrivata dagli origami. A trovare la soluzione è stato Yi Zhu, ingegnere meccanico: “Quando le persone lavorano con concetti di origami, di solito iniziano con l’idea di modelli sottili e piegati in carta, supponendo che i materiali siano sottilissimi“, ha detto Zhu. “Tuttavia, per costruire strutture comuni come ponti e fermate dell’autobus utilizzando gli origami, abbiamo bisogno di strumenti matematici in grado di considerare direttamente lo spessore durante la progettazione iniziale dell’origami.”
Per rafforzare la capacità di carico, nei primi tentativi si è cercato di ispessire alcune parti della struttura. Ma ben presto ci si è accorti che l’uniformità assicurava prestazioni decisamente migliori senza compromettere la flessibilità del materiale. “L’uniformità dello spessore del componente è ciò che è fondamentale e ciò che manca in molti attuali sistemi di origami”, prosegue Filipov. “Quando si dispone di ciò, insieme a dispositivi di bloccaggio adeguati, il peso posizionato su una struttura può essere trasferito uniformemente ovunque.” Oltre a trasportare un grande carico, questo sistema, noto come “struttura modulare e uniformemente spessa ispirata agli origami”, può adattare le sue forme per diventare ponti, muri, pavimenti, rifugi di emergenza, colonne e molte altre strutture.
Le possibilità del sistema sono infinite, fino ad ora gli scienziati hanno prodotto:
- Una colonna alta 3,3 piedi (1 metro) che può sostenere 2,1 tonnellate di peso mentre pesa poco più di 16 libbre (7,2 kg) e con un ingombro di base inferiore a 1 piede quadrato (0,83 mq);
- Un pacchetto che può svilupparsi da un cubo largo 1,6 piedi (48 cm) per dispiegarsi in diverse strutture, tra cui: un ponte pedonale lungo 13 piedi (4 mt), una fermata dell’autobus alta 6,5 piedi (1,9 mt)e una colonna alta 13 piedi (4 mt).