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

Các nhà nghiên cứu tại Mỹ và Nhật đã tạo ra một cấu trúc chịu lực có thể xếp lại được lấy ý tưởng từ những nếp gấp của trò chơi xếp giấy Origami. Thiết kế này hình thành các cấu trúc giấy với độ cứng đủ lớn để chịu lực những cũng có thể được xếp gọn lại để vận chuyển hay lưu trữ.

Tạo ra cấu trúc chịu lực từ trò chơi xếp giấy Origami

Được thiết kế bởi nhóm nghiên cứu hợp tác đến từ 3 trường đại học gồm đại học Illinois, Urbana-Champaign, viện công nghệ Georgia và đại học Tokyo, chiếc ống xếp hình này lấy ý tưởng từ một kỹ thuật gấp giấy có tên Miura-ori. Kỹ thuật này tạo ra các đường zig-zag trên tấm giấy, cho phép bạn gập gọn lại từ một tấm giấy lớn thành một mẫu giấy có kích thước nhỏ hơn rất nhiều.

Mỗi tấm giấy với nếp gấp Miura-ori cố độ linh hoạt cao và có thể được gập dẹp. Ban đầu khi dán 2 tấm lại với nhau, các nhà nghiên cứu đã tạo ra một chiếc ống có độ cứng cao hơn nhưng không gập theo nhiều hướng được. Sau cùng, họ đan cài 2 chiếc ống hình zig-zag lại theo kiểu khóa kéo (zip) thì tạo ra được một cấu trúc còn cứng hơn trước, khó bị vặn xoắn hay uốn cong.

Chuỗi zig-zag các hình bình hành.

Giáo sư Glaucio Paulino đến từ viện công nghệ Georgia cho biết: "Kiểu dáng hình học đóng vai trò rất lớn. Chúng tôi xếp 2 chiếc ống vào nhau theo một cách lạ thường. Những gì chúng tôi muốn là một cấu trúc vừa linh hoạt vừa cứng. Chúng chỉ là giấy nhưng lại có độ cứng rất cao".

Các nếp gấp Miura-ori hình thành một chuỗi zig-zag các hình bình hành và góc mở cũng biến thiên theo độ lớn của nếp gấp. Các nhà nghiên cứu cho biết thiết lập khóa kép cho phép gắn kết 2 ống với góc mở khác nhau và họ cũng có thể kết hợp nhiều ống với dạng hình học khác nhau để tạo ra các cấu trúc 3 chiều, chẳng hạn như một chiếc mành che hay ngọn tháp.

Evgueni Filipov - nhà nghiên cứu đến từ Illinois cho biết: "Khả năng thay đổi chức năng ngay lập tức là một ưu điểm thực sự của Origami. Khi có được các cấu trúc có thể biến hình này, bạn có thể thay đổi chức năng của chúng và khiến chúng tương thích. Ngoài ra, bạn cũng có thể tái thiết lập cấu trúc và khi thay đổi đặc tính vật liệu, bạn có thể khiến cấu trúc cứng hơn hoặc mềm hơn dựa trên mục đích sử dụng".

Nhóm nghiên cứu đã tạo ra các nguyên mẫu bằng giấy để trình diễn nhưng họ cho biết kỹ thuật tạo hình này có thể được áp dụng cho nhiều loại vật liệu mỏng khác, chẳng hạn như nhựa hay kim loại. Thêm vào đó, kỹ thuật này có thể điểu chỉnh tỉ lệ được, tức là có thể dùng trên mọi thứ từ các robot siêu nhỏ và các thiết bị y sinh cho đến các công trình và cầu đường. Trong thời gian tới, các nhà nghiên cứu sẽ xem xét các kiểu kếp hợp mới với nhiều góc gập khác nhau và áp dụng kỹ thuật này vào nhiều vật liệu khác.

Đây không phải là lần đầu tiên Origami truyền cảm hứng cho các phát minh khoa học. Những nếp gấp trong trò chơi xếp giấy truyền thống Origami của Nhật đã được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như lều quân đội, thiết kế máy bay drone, tấm pin mặt trời dùng cho vệ tinh, pin giấy giá rẻ, pin kéo dãn dùng cho thiết bị đeo cho đến các cấu trúc chịu lực như cầu đường.