Origami alla maniera degli auricolari

Ogni bambino conosce gli origami. L'arte della piegatura in Estremo Oriente permette di piegare forme talvolta molto complesse da un foglio di carta piatto. Gli origami si trovano anche in natura. Uno degli esempi più insoliti è l'ala dell'auricolare. Supera di gran lunga le opere d'arte piegate dall'uomo.

L'ala aperta dell'auricolare è più di dieci volte più grande dell'ala chiusa - un record mondiale nel regno animale. L'ala grande permette all'insetto di volare. E grazie all'imballaggio compatto, può anche muoversi nei tunnel sotterranei senza danneggiare le ali. Ma c'è un'altra particolarità dell'ala: in apertura è stabile senza che l'auricolare debba usare la forza muscolare per stabilizzarla, e con un semplice "clic" l'ala si ripiega completamente da sola, sempre senza l'uso della forza muscolare.

La simulazione lo porta alla luce

Le ricerche all'ETH di Zurigo e alla Purdue University hanno scoperto il segreto dell'origami dell'auricolare. Hanno creato una struttura artificiale che funziona secondo lo stesso principio. Il lavoro è stato appena pubblicato sulla rivista "Science".

Per analizzare la struttura e la funzione dell'ala, il primo autore dello studio, Jakob Faber del gruppo del professor André Studart dell'ETH, ha utilizzato una simulazione al computer dell'ala in collaborazione con Andres Arrieta, professore della Purdue University.

Lo dimostra: Se l'ala funzionasse secondo il classico principio dell'origami con pieghe rigide e rettilinee con una somma di angoli di 360 gradi alle loro intersezioni, l'insetto potrebbe piegarla fino a un terzo delle sue dimensioni. L'elemento centrale dell'ala dell'auricolare è invece l'elasticità delle sue pieghe, che possono agire come molle di tensione o di torsione.

Le pieghe dell'ala dell'auricolare sono in realtà dotate di una speciale proteina filamentosa chiamata resilina. A seconda della disposizione e dello spessore degli strati di resilina, una piega funziona come una molla di tensione o di torsione. A volte entrambe le funzioni sono combinate.

Faber e i suoi colleghi hanno anche studiato il punto dell'ala dell'auricolare che è responsabile della stabilità sia in apertura che in chiusura: l'articolazione centrale dell'ala. Questo è il punto in cui le linee di piegatura si intersecano con angoli che non sono effettivamente compatibili con gli origami classici. "Questo punto blocca l'ala sia in apertura che in chiusura", sottolinea Faber.

Prodotto stampato in 4D

I ricercatori hanno trasferito i risultati degli esperimenti al computer a una stampante multi-materiale. In un solo passaggio, hanno prodotto un cosiddetto elemento 4D composto da quattro piastre di plastica dura, collegate tra loro da una plastica morbida ed elastica. Le funzioni elastiche delle pieghe di collegamento sono state programmate nel materiale in modo che siano responsabili di movimenti di trazione o rotazione in linea con la formazione preliminare.

Nella sua forma aperta, l'elemento è stabile come un'ala di insetto. Se lo si tocca leggermente, si ripiega da solo.

Nella fase successiva, i ricercatori hanno trasferito il principio a elementi più grandi e hanno stampato pinze di presa origami. Queste si chiudono automaticamente, si bloccano in posizione e possono trattenere gli oggetti senza che la pinza si apra.

Vele solari salvaspazio

Gli elementi origami auto-chiudenti stampati in 3D da Faber sono ancora prototipi. Una possibile applicazione è l'elettronica pieghevole. Ma anche l'industria aerospaziale è interessata a vele solari per satelliti o sonde spaziali che possano essere trasportate in spazi ridottissimi e stese su un'ampia superficie nel luogo di utilizzo. Le strutture origami autobloccanti basate sul modello dell'ala dell'auricolare consentirebbero di risparmiare spazio, peso ed energia, poiché non richiedono propulsione o stabilizzatori aggiuntivi.

Tuttavia, il ricercatore del Fare all'ETH può anche immaginare cose più banali, come tende, mappe o foglietti illustrativi che si ripiegano da soli. "Se si apre uno di questi oggetti, spesso non si riesce a farlo tornare alla sua piega originale. Se invece si ripiegasse da sola ogni volta in modo corretto, si risparmierebbe un sacco di fatica", spiega Faber con un filo di ironia.