Johannes Overvelde stava perseguendo un dottorato di ricerca in matematica applicata all'Università di Harvard quando incontrò Chuck Hoberman, designer della Hoberman Sphere, una palla arcobaleno pieghevole per bambini. Entrambi vivevano a Cambridge e avevano interessi simili. Overvelde stava lavorando allo sviluppo di materiali trasformabili che potessero cambiare la rigidità, e Hoberman, un architetto che studia anche strutture cinetiche, stava pensando a come materiali diversi potevano assumere le proprietà della sua sfera, cambiando forma articolandosi su giunti diversi.
Il materiale in azione. (Johannes Overvelde) Prendendo in prestito pezzi dalla Hoberman Sphere e dal concetto di snapology basato sull'origami, in cui strisce di carta intrecciate si uniscono per creare strutture rigide, Overvelde e il suo team di Harvard hanno creato quello che chiamano metamateriale: una struttura espandibile che può essere utilizzata sul suo proprio o come blocco predefinito per creare altre strutture. I cubi attenuati, che hanno tre gradi di articolazione, sono fatti di sottili fogli polimerici che si piegano piatti ma possono anche apparire in una varietà di modi diversi, proprio come la sfera di Hoberman. Collegandolo a un tubo pneumatico, un utente può gonfiare un cubo per creare una struttura 3D più grande. Overvelde afferma che il materiale ha numerose applicazioni, dagli stent su nanoscala che possono essere inseriti nelle arterie e quindi espansi, alle pareti, che si aprono e ventilano la casa quando fa caldo.
"Mentre lo snapology fornisce il punto di partenza geometrico per la nostra ricerca, il nostro focus qui è sulla piegabilità di queste strutture e su come ciò possa portare a nuovi progetti per metamateriali trasformabili", scrive Overvelde in un nuovo documento, pubblicato su Nature Communications .
I ricercatori hanno iniziato con modelli cartacei, cercando di dimostrare che, con lo snapology, potevano costruire qualcosa di abbastanza solido da usare in architettura.
"Avevamo un modello di carta che era stato incollato insieme, ma era un lavoro faticoso e il modello di carta si è rotto dopo una settimana", afferma Overvelde. "Quindi abbiamo pensato, 'possiamo portare di più in una struttura ingegnerizzata?' Usando nastro biadesivo e sottili fogli di plastica tagliati al laser - uno più spesso per le facce e uno più sottile per le cerniere - abbiamo realizzato queste unità che potevano essere schierate completamente piatte, ma avevano specifici gradi di libertà che non avevamo mai visto prima. "
Da lì, il team ha sperimentato diversi modi per cambiare la forma della struttura. Decisero che l'attivazione pneumatica, che era precisa e facile da incorporare facendo scorrere i tubi dell'aria attraverso i cubi, avrebbe permesso loro di usare una struttura nel modo più possibile. La forma cambia a seconda di quale parte della struttura è riempita d'aria. "Qualsiasi struttura che creiamo con questo dispositivo sarà riconfigurabile", afferma.
Il cubo può essere compresso in modo che sia piatto. (Johannes Overvelde) Per Overvelde, la flessibilità è la parte più importante del concetto. Gli piace pensare ai cubi come a un materiale, anziché a una struttura a sé stante, perché pensa che il valore della scoperta provenga da molti modi diversi in cui possono essere costruiti.
Il cubo di prova iniziale del gruppo era di 50 centimetri quadrati. Ma l'idea è scalabile: hanno costruito una sedia pieghevole. Ora, i ricercatori stanno sperimentando come rendere il meccanismo di gonfiaggio sensibile ai segnali ambientali, come luce o umidità. Su una scala molto piccola, i cubi possono agire come cristalli fotonici, riflettendo diverse lunghezze d'onda della luce e colori diversi mentre cambiano forma.
“Se hai un'ala di una farfalla, la struttura le conferisce colore. Quindi, se avessi un dispositivo che vuole cambiare colore, potresti imitarlo ”, afferma Overvelde. “Dall'altro lato, pensi all'applicazione architettonica. Se lo rendessi sensibile al calore, potresti creare un muro di questa struttura che si apre e respira. Potresti creare una struttura che risponda all'acqua, quindi quando piove, si chiude automaticamente. "
La tecnologia potrebbe avere molte applicazioni. (Johannes Overvelde) Overvelde ha dimostrato che il concetto funziona e ora vuole vedere come può essere applicato. Oltre ai cristalli fotonici e all'architettura mobile, pensa che potrebbe essere utilizzato per qualsiasi cosa, dai dispositivi medici, che potrebbero essere imballati piatti per un facile inserimento nel corpo, ai robot e alle astronavi dispiegabili.
"Sono davvero curioso di vedere come altri ricercatori lo prenderanno", dice.
