Les scientifiques utilisent le kirigami

Une forme d'art japonaise vieille de plusieurs siècles pourrait donner naissance à des méthodes de fabrication de nouvelle génération, comme le liège aussi résistant que l'acier.

Par Andrew Paul | Publié le 23 août 2023 à 12h00 HAE

L'art japonais ancien du pliage et de la découpe du papier, connu sous le nom de kirigami, a de plus en plus inspiré une nouvelle génération de matériaux d'ingénierie, donnant lieu à des designs d'une beauté et d'une résilience saisissantes. La dernière itération, gracieuseté des chercheurs du MIT, ajoute des attributs trouvés à la fois dans les nids d'abeilles et dans les os humains pour renforcer davantage les matériaux architecturaux avancés, ainsi que potentiellement pour augmenter la résilience de certains avions, vaisseaux spatiaux et robots.

Comme détaillé dans un nouvel article qui sera présenté lors de la prochaine conférence sur les ordinateurs et l'information en ingénierie de l'American Society of Mechanical Engineers, l'équipe du Center for Bits and Atoms (CBA) du MIT a développé une nouvelle méthode pour fabriquer des réseaux de plaques, des matériaux hautes performances utiles. dans les conceptions automobiles et aérospatiales. « Ce matériau est comme le liège en acier. Il est plus léger que le liège, mais avec une résistance et une rigidité élevées », explique Neil Gershefeld, auteur principal de l'article et chercheur principal au Center for Bits and Atoms (CBA) du MIT.

Pour réaliser leur avancée, les ingénieurs ont modifié un pli traditionnel en origami Miura-ori déjà utilisé dans la création de treillis de plaques pour les « structures sandwich », qui placent un noyau ondulé entre deux plaques plates. Bien que les structures sandwich en treillis de plaques standard soient souvent réalisées avec un adhésif et un soudage lents, coûteux et difficiles, l'équipe a modifié les angles vifs d'une conception Miura-ori en facettes, permettant la fixation des plaques via des rivets et des boulons. Cette conception modifiée peut être personnalisée via différents motifs et formes de rainage pour affiner une rigidité, une flexibilité et une résistance spécifiques, un peu comme les formes cellulaires trouvées dans les os et les nids d'abeilles.

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Selon les découvertes de l'équipe, les treillis en plaques augmentés au kirigami ont résisté à trois fois plus de force que les conceptions standard d'ondulation en aluminium. De telles variations sont extrêmement prometteuses pour les sections légères et absorbant les chocs nécessaires dans les voitures, les avions et les engins spatiaux.

"La construction de réseaux de plaques a été si difficile qu'il y a eu peu de recherches à l'échelle macro", a expliqué Alfonso Parra Rubio, co-auteur principal de l'article et assistant de recherche à l'ABC. "Nous pensons que le pliage est une voie vers une utilisation plus facile de ce type de structure en plaques fabriquées à partir de métaux."

Pour démontrer à la fois les capacités structurelles et artistiques inspirées du kirigami, certains étudiants diplômés de l'équipe ont même conçu un trio de grandes sculptures tridimensionnelles actuellement exposées au MIT Media Lab. "En fin de compte, la création artistique n'est possible que grâce aux contributions en mathématiques et en ingénierie que nous montrons dans nos articles", a déclaré Parra Rubio. "Mais nous ne voulons pas ignorer la puissance esthétique de notre travail."

Pour l’heure, la nouvelle méthode de fabrication des treillis en plaques reste difficile à modéliser avant la construction. Cependant, à l’avenir, l’équipe a l’intention de créer des outils de CAO conviviaux pour rationaliser et simplifier le processus de conception des treillis kirigami. Selon l'annonce du MIT mardi, ils espèrent également étudier les moyens de réduire les coûts de calcul nécessaires à la simulation des conceptions avant la production.

Andrew Paul est le rédacteur de Popular Science qui couvre l'actualité technologique. Auparavant, il était un collaborateur régulier de The AV Club et d'Input, et ses travaux récents ont également été présentés par Rolling Stone, Fangoria, GQ, Slate, NBC, ainsi que McSweeney's Internet Tendency. Il vit à l'extérieur d'Indianapolis.