Kirigami: forma de arte japonesa ajuda a criar novo material leve

por Vish Gain

4 dias atrás

Imagem: Cortesia dos pesquisadores

Descrita como semelhante à “cortiça de aço”, a estrutura de placas desenvolvida por uma equipe de cientistas do MIT pode ajudar a criar peças fortes e leves para aviões, carros e naves espaciais.

Os cientistas criaram um novo e forte tipo de material metálico baseado no kirigami – uma antiga forma de arte japonesa de dobrar e cortar papel – que é mais leve que a cortiça.

Assim como o origami mais popular, o kirigami é a prática de dobrar e cortar papel para criar formas 3D leves e firmes. Ao substituir o papel por metais, os cientistas esperam que este chamado material arquitetado possa ter propriedades mecânicas personalizáveis.

“Este material é como a cortiça de aço”, disse o professor Neil Gershenfeld, que lidera o Centro de Bits e Átomos do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT) e é autor sênior de um novo artigo sobre esta abordagem. “É mais leve que a cortiça, mas com elevada resistência e elevada rigidez.”

Conhecido como rede de placas, o material foi construído em uma escala muito maior do que os cientistas conseguiram anteriormente por meio da fabricação aditiva. As formas personalizadas permitem aos cientistas conferir novas propriedades mecânicas aos metais ou outros materiais.

O artigo foi apresentado nas Conferências Técnicas Internacionais de Engenharia de Design e na Conferência de Computadores e Informações em Engenharia em Boston esta semana.

“As treliças de placas superam as treliças de vigas em resistência e rigidez, mantendo o mesmo peso e estrutura interna”, disse Alfonso Parra Rubio, um dos co-autores principais do artigo.

“[Sua] construção tem sido tão difícil que tem havido pouca pesquisa em escala macro. Acreditamos que a dobragem é um caminho para facilitar a utilização deste tipo de estrutura de placas feitas de metais.”

Outros por trás do artigo incluem Klara Mundilova, estudante de graduação em engenharia elétrica e ciência da computação do MIT, David Preiss, estudante de graduação no MIT e Erik Demaine, professor de ciência da computação do MIT.

Usando o método, a equipe produziu estruturas de alumínio com resistência à compressão de mais de 62 quilonewtons, mas pesando apenas 90 quilogramas por metro quadrado. Em contraste, a cortiça pesa cerca de 100 quilogramas por metro quadrado.

A equipe descobriu que as estruturas eram tão fortes que podiam suportar três vezes mais força que uma típica corrugação de alumínio. Isto significa que a técnica pode ajudar os cientistas a produzir componentes mais leves e com absorção de choque para aviões, carros e naves espaciais.

“Para fabricar coisas como carros e aviões, é necessário um grande investimento em ferramentas. Este processo de fabricação ocorre sem ferramentas, como a impressão 3D”, explicou Gershenfeld. “Mas, diferentemente da impressão 3D, nosso processo pode definir o limite para registrar propriedades de materiais.”

Mas o método que usa estruturas treliçadas de placas de kirigami pode ser difícil de modelar.

“Na minha experiência na produção de projetos arquitetônicos complexos, os métodos atuais para a construção de elementos curvos e duplamente curvos em grande escala exigem muito material e são um desperdício, sendo, portanto, considerados impraticáveis ​​para a maioria dos projetos”, disse James Coleman, cofundador da empresa de design para fabricação e instalação. SomaPonto.

“Embora a tecnologia dos autores ofereça soluções inovadoras para as indústrias aeroespacial e automotiva, acredito que seu método baseado em células também pode impactar significativamente o ambiente construído”, acrescentou.

Coleman, que não esteve envolvido neste trabalho, acredita que a capacidade de fabricar várias geometrias de treliças de placas com propriedades específicas poderia permitir edifícios de maior desempenho e mais expressivos com menos material.

“Adeus estruturas pesadas de aço e concreto, olá treliças leves!”

10 coisas que você precisa saber direto na sua caixa de entrada todos os dias da semana. Inscreva-se noResumo Diário, o resumo de notícias essenciais de ciência e tecnologia da Silicon Republic.

Relacionado: pesquisa, tecnologia espacial, autotecnologia, ciência dos materiais, Japão, MIT