9 ứng dụng vào khoa học công nghệ tuyệt vời của Origami

Origami không chỉ là gập những tờ giấy mà nó đang lan toả sức ảnh hưởng của mình khi ngày càng nhiều ứng dụng khoa học được lấy cảm ứng từ origami.

Bạn đã từng đi dự một hội thảo về origami – một nghệ thuật gấp giấy của Nhật Bản. Điều đó không có gì là ngạc nhiên khi mà những nguyên lý của origami giờ được sử dụng rộng rãi trong cuộc sống – từ thiết kế vệ tinh, rô bốt tự triển khai, võng mạc… Nhưng gấp giấy thì liên quan gì đến những vấn đề trên? Origami đã hình thành và phát triển trong nhiều thế kỷ qua, liên quan đến những hình gấp như động vật hay các loại hộp. Nghệ sỹ người Nhật – Akira Yoshizawa đã được vinh danh vì phổ biến origami trong thế kỷ 20, tạo nên những hướng dẫn được ứng dụng như một thứ ngôn ngữ hợp tác giữa các nghệ sỹ và các nhà khoa học.

Từ những năm 1960 và đặc biệt là trong vài năm gần đây, sự hòa hợp giữa origami, toán học, cơ khí và các ngành khác đang gia tăng nhanh chóng. Theo nhà nghiên cứu Glaucio Paulino, nguyên lý của origami có thể giúp tạo ra những đối tượng 3 chiều từ những vật liệu phẳng. Ứng dụng của nó có thể là một kính hiển vi nano cho đến các tấm pin mặt trời trên vệ tinh. Áp dụng nguyên lý origami có thể đặt những đối tượng lớn vào không gian nhỏ rồi sau đó quay trở về kích thước ban đầu khi cần. Sau đây là một số ứng dụng tuyệt vời được lấy cảm hứng từ origami:

Robot tự triển khai

Robot triển khai từ trạng thái phẳng.

Ý tưởng robot biến hình được phổ biến thông qua mẫu nhân vật Transformers. Giờ đây các nhà nghiên cứu của MIT và Harvard đã thiết kế ra vài thứ tương tự: robot có thể tự triển khai. Từ những vật liệu phẳng, các thiết bị điện tử được gắn và kết nối với nhau bằng bản lề, hỗ trợ gấp vào dựa trên nhiệt độ. Những rô bốt như vật có thể dùng cho việc triển khai tự động từ xa, như khi đưa vệ tinh vào không gian hoặc xây dựng trong những môi trường nguy hiểm. Các trường hợp cứu hộ cũng rất có tiềm năng khi robot có thể được đưa vào qua một không gian chật hẹp và triển khai khi tiếp xúc được với các nạn nhân.

Gương và pin mặt trời trong không gian

Nguyên lý của origami giúp bạn có được một thứ nhỏ gọn khi cất cánh và mở rộng trở lại trong không gian – như những chiếc gương dùng cho kính viễn vọng không gian James Webb. Ý tưởng tương tự được áp dụng cho những tấm pin mặt trời và nhiều loại thiết bị khác nữa. Cách để làm điều này là sử dụng Miura, một mô hình gấp được lấy theo tên nhà thiên văn học Nhật Bản là Koryo Miura. Khi một mẩu giấy được gấp theo mô hình Miura, người ta chỉ cần nằm lấy hai đầu và kéo là mảnh giấy được mở ra.

Các thiết bị dùng trong không gian khác

Bên cạnh những tấm pin mặt trời, vẫn còn những ứng dụng khác của origami trong không gian. Mark Schenk, một nhà nghiên cứu của Anh đang xây dựng một vệ tinh hình hộp với cột có thể bơm phồng lên được. Cột này cần phải nhanh chóng kéo dài ra và giữ được trạng thái đó – một thách thức. Giải pháp của ông đã được triển khai sang sử dụng nguyên lý origami, sử dụng một vật liệu mỏng có thể mở ra trong 6 giây. Trong tương lai, kiểu cấu trúc triển khai này có thể sử dụng cho hàng loạt kết cấu trong không gian, ví như thanh kết nối giữa các tấm năng lượng mặt trời hoặc với vệ tinh.

Túi khí

Robet Lang - một nhà vật lý và nghệ sỹ origami đã giúp một công ty Đức phát triển phần mềm mô phỏng túi khí gấp vào và mở ra.

Làm túi khí là một công việc khó khăn, khi yêu cầu nó có thể mở trong thời gian rất ngắn và trở nên chắc chắn nhưng không quá cứng. Cách tốt nhất để làm ra sản phẩm này là bơm phồng để tạo ra một hình đa diện từ một tấm phẳng với những nếp gấp. Robet Lang, một nhà vật lý và nghệ sỹ origami đã giúp một công ty Đức phát triển phần mềm mô phỏng túi khí gấp vào và mở ra. Đồng thời thuật toán của ông đã được sử dụng trong các chương trình giả lập của máy tính để cải thiện sản phẩm.

Ống thông tim

Theo truyền thống Nhật Bản, nếu một người nào đó gấp đủ 1,000 còn hạc giấy thì sẽ có một điều ước – có thể dùng để cứu một mạng người. Trong thực tế, nguyên lý origami có thể cứu mạng người khi ứng dụng thông qua khoa học. Nhà nghiên cứu đại học Oxford là Zhong You và các đồng nghiệp đã phát triển ống thông tim. Sử dụng vật liệu nhưa, ống có thể được xếp đặt đủ nhỏ để vào cơ thể bệnh nhân và khi đến vị trí, nó có thể được thổi phồng để mở động mạch.

Kiến trúc

Neil Katz, một kiến trúc sư cho rằng việc lấy cảm hứng từ origami đang ngày càng phổ biến trong kiến trúc. Nó được sử dụng để làm những ngôi nhà có thể gấp, dễ lắp ráp hay điều chỉnh mức độ ánh sáng đi qua khe tường hay cửa sổ. Các tấm ốp dùng để che ánh sáng mặt trời để giảm nhiệt cho ngôi nhà và sau đó mở ra khi trời mát.

Thiết bị nano

Mô hình DNA.

Các nhà nghiên cứu đã sử dụng các thuộc tính xoắn của DNA để tạo ra những đối tượng siêu nhỏ, bao gồm các hộp hoặc các “tàu” để phân phố thuốc vào cơ thể hay tạo ra các rô bốt siêu nhỏ. Những thiết bị dạng này có thể dùng để thu thập dữ liệu để chẩn đoán cơ thể.

Cấy ghép võng mạc

Nhà nghiên cứu Sergio Pellegrino của Cal Tech đang phát triển một chương trình cấy ghép võng mạc lấy cảm hứng từ origami. Ông cho biết lợi thế về sản phẩm của mình là chi phí thấp, tăng mật độ điện cực truyền tín hiệu tới võng mạc và đàn hồi để thích ứng với các kích cỡ võng mạc khác nhau.

Tác phẩm nghệ thuật xuất sắc

Đúng như bạn mong đợi, nguyên lý origami vẫn được sử dụng để làm… origami. Tomohiro Tachi, một nhà nghiên cứu tại đại học Tokyo đã tạo nên các tác phẩm điêu khắc 3 chiều sử dụng nguyên lý origami.

Tomohiro Tacho và tác phẩm của anh.

• Ứng dụng nếp gấp Origami tạo ra cấu trúc vừa cứng vừa linh hoạt