Un nouveau mod猫le d鈥檕rigami capable de transformer des feuilles en structures 3D r茅sistantes
Des chercheurs de l鈥橴niversit茅 麻豆传媒网站 ont mis au point une nouvelle m茅thode permettant de plier des feuilles plates pour former des coquilles lisses et incurv茅es, capables de passer, selon les besoins, d鈥檜n 茅tat souple 脿 un 茅tat rigide pouvant supporter des charges. Gr芒ce 脿 un mod猫le d鈥檕rigami dans lequel elle int猫gre des 茅l茅ments semblables 脿 des c芒bles, l鈥櫭﹒uipe peut contr么ler 脿 la fois la forme tridimensionnelle finale du mat茅riau et son degr茅 de rigidit茅. Selon les chercheurs, cette innovation, un 芦鈥痬odule 脿 lentille 脿 double courbure鈥�, pourrait faire progresser la technologie appliqu茅e 脿 des objets comme les tentes d鈥檜rgence, les robots 脿 morphologie variable et les tissus intelligents.
芦鈥疞es structures pliables existantes nous obligent 脿 faire un compromis鈥�: si elles sont lisses et courb茅es, elles ont tendance 脿 锚tre souples et flasques; si elles sont solides et rigides, elles ont g茅n茅ralement des formes anguleuses, irr茅guli猫res, peu pratiques et difficiles 脿 ajuster apr猫s l鈥檃ssemblage, explique Damiano鈥� Pasini, coauteur de l鈥櫭﹖ude et professeur de g茅nie m茅canique 脿 l鈥橴niversit茅 麻豆传媒网站. Cela repr茅sente une contrainte importante pour des technologies comme les dispositifs portables, les implants m茅dicaux, les robots souples et les structures spatiales d茅ployables qui, pour bien supporter les forces exerc茅es de l鈥檈xt茅rieur, doivent souvent avoir des formes lisses et une r茅sistance fiable.鈥�
Pour pallier ce probl猫me, l鈥櫭﹒uipe a con莽u un mod猫le d鈥檕rigami comportant des plis courbes qui forme des surfaces lisses 脿 double courbure, comme des sph猫res ou des tores (formes de beignet). La structure ainsi form茅e peut 锚tre 芦鈥痸errouill茅e鈥� dans un 茅tat rigide capable de supporter des charges. Gr芒ce 脿 l鈥檃jout de tendons internes dont la tension peut 锚tre r茅gl茅e, on peut reprogrammer ensuite cette m锚me structure pour la rendre ultra-souple ou tr猫s rigide, sans modification de sa forme ni de ses mat茅riaux.
Des c芒bles r茅glables pour moduler la rigidit茅
Le nouveau mod猫le de pliage combine des plis courbes et droits, ce qui permet de transformer des feuilles plates en surfaces continues et lisses plut么t qu鈥檈n ces formes anguleuses caract茅ristiques de l鈥檕rigami classique.
脌 partir d鈥檜ne forme courbe souhait茅e (sph猫re, tore, vase), les chercheurs ont eu recours 脿 la g茅om茅trie diff茅rentielle鈥�� qui englobe les th茅ories math茅matiques relatives au pavage, en origami, et aux surfaces d茅veloppables鈥�� puis 脿 l鈥檕ptimisation num茅rique pour calculer le sch茅ma de plis exact n茅cessaire afin que, une fois pli茅e et verrouill茅e, la coquille d鈥檕rigami adopte la forme souhait茅e.
Ils ont ensuite d茅coup茅 au laser et pli茅 des feuilles de carton selon ce sch茅ma avant de les assembler pour former des coquilles, puis d鈥檡 ins茅rer de fins c芒bles (芦鈥痶endons鈥�) 脿 des endroits pr茅cis.
芦鈥疎n tendant ou en rel芒chant les tendons, nous avons mesur茅 l鈥櫭﹙olution de la rigidit茅 et d茅montr茅 que les coquilles pouvaient passer d鈥檜n 茅tat flasque et souple 脿 un 茅tat rigide et r茅sistant 脿 la torsion et 脿 la flexion鈥�, raconte le professeur鈥疨asini.
Valid茅s 脿 l鈥檃ide de la th茅orie de la m茅canique, de l鈥檕rigami rigide et de simulations g茅om茅triques, les r茅sultats confirment que la cin茅matique du pliage, c鈥檈st-脿-dire les mouvements de l鈥檕bjet, est r茅alisable. Les simulations ont 茅galement confirm茅 que les surfaces restaient lisses et que le sch茅ma pouvait 锚tre agrandi et r茅p茅t茅 en mosa茂que.
Un nouveau paradigme de conception
Selon Damiano 鈥疨asini, ces travaux ouvrent la voie 脿 un nouveau paradigme de conception de m茅tamat茅riaux inspir茅s de l鈥檕rigami.
芦鈥疦otre approche ouvre de nouvelles perspectives pour la conception de structures courbes porteuses, d茅ployables et adaptatives. Nos r茅sultats remettent en question l鈥檌d茅e selon laquelle il faudrait recourir 脿 des mat茅riaux complexes ou 脿 des syst猫mes externes pour obtenir une rigidit茅 r茅glable. Ils d茅montrent plut么t qu鈥檜ne g茅om茅trie intelligente peut accomplir une grande partie du travail.鈥�
尝鈥櫭﹖耻诲别
L鈥檃rticle intitul茅 芦鈥��, par Morad鈥� Mirzajanzadeh et Damiano鈥� Pasini, a 茅t茅 publi茅 dans Nature Communications.
Cette 茅tude a 茅t茅 financ茅e par le Programme des chaires de recherche du Canada, le Conseil de recherches en sciences naturelles et en g茅nie du Canada, la Bourse de doctorat en g茅nie de 麻豆传媒网站 et le Fonds de recherche du Qu茅bec鈥�� Nature et technologies.
