Pannelli sottili con celle pneumatiche gonfiabili consentono di piegare le strutture piatte nei modi desiderati

Rapporto del 28 agosto 2023

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di Bob Yirka, Tech Xplore

Un trio di scienziati dei materiali dell’Università della Sorbona ha sviluppato un nuovo approccio alla creazione di tipi di pannelli sottili che possono essere trasformati in oggetti 3D curvi senza ricorrere a pieghe o tagli. Nel loro studio, riportato sulla rivista Science, Tian Gao, José Bico e Benoît Roman si sono ispirati alla trasformazione di foglie e petali nelle piante per creare un materiale simile da utilizzare in nuove applicazioni.

Precedenti sforzi ingegneristici hanno dimostrato che è possibile produrre prodotti tridimensionali partendo innanzitutto da un pezzo di materiale piatto. La ragione di ciò è generalmente quella di consentire un trasporto più semplice. Ad esempio, le scatole di cartone occupano molto meno spazio se appiattite. Gli ingegneri robotici hanno scoperto l'utilità di tali materiali, così come gli scienziati che desiderano inviare sonde nello spazio. Tuttavia, la creazione di tali materiali comporta il superamento di un grosso ostacolo.

Se guardi una mappa piatta della Terra, ad esempio, i continenti appaiono distorti, perché sono stati appiattiti rispetto a una sfera. Come notano i ricercatori, i tentativi di forgiare prodotti tridimensionali da un oggetto piatto richiedono in genere pieghe o tagli. Hanno cercato di superare questo problema con un nuovo approccio che è partito dalle loro osservazioni su come funzionano le cellule bulliformi nelle piante.

Ad esempio, le foglie delle piante di mais possono aprirsi e chiudersi a seconda delle condizioni meteorologiche: lo fanno gonfiando le cellule bulliformi utilizzando la pressione del liquido. Per ricreare questa capacità in un materiale fabbricato, il team ha creato quella che descrivono come una struttura di trasformazione della forma basata su cellule gaussiane.

Per creare il loro modello, il team ha stampato in 3D canali trapezoidali gonfiabili all’interno di un pannello piatto. È stato quindi inserito tra due strati di materiale ermetico. Mentre l'aria veniva pompata nella parte centrale del sandwich, le superfici piatte sopra e sotto venivano spinte e allungate in nuove forme con curvature gaussiane uniche. Modificando la dimensione e la forma dei trapezi, i ricercatori sono stati in grado di alterare le forme 3D che potevano formare.

Maggiori informazioni: Tian Gao et al, Celle pneumatiche verso il morphing gaussiano assoluto, Science (2023). DOI: 10.1126/science.adi2997

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