tubes inspirés du bambou pour supporter 60 fois son poids

L’art ancien de l’origami est généralement lié au pliage du papier pour obtenir toutes sortes de formes, l’origami classique que nous connaissons en Espagne, mais il a de nombreuses autres applications possibles. Ces dernières années, diverses avancées ont été réalisées dans des secteurs apparemment aussi lointains que l’aéronautique, la conception de meubles et la construction. ont profité de leurs fondations pour proposer des solutions innovantes à différentes problématiques. Des exemples en sont les structures en treillis d’aluminium pour fabriquer des avions plus légers et plus solides ou les ingénieux panneaux solaires pliants qui se placent en quelques secondes pour avoir une énergie instantanée.

Son utilité repose sur les possibilités qu’elle offre pour les structures pliantes et dépliantes, ce qui est très utile dans différents secteurs, dans lesquels une facilité de transport et une grande résistance et rigidité une fois déployées sont requises. La dernière avancée en la matière vient d’Australie, où des scientifiques de l’Université du Queensland et du Royal Melbourne Institute of Technology (RMIT) ont développé un nouveau système structurel tubulaire. Il est léger et peut facilement être transporté complètement à plat lorsqu’il n’est pas utilisé et, une fois déplié, il se verrouille automatiquement sans intervention humaine pour supporter environ 60 fois son poids.

Dedans étude publiée dans Actes de l’Académie nationale des sciences (PNAS) Les méthodes de fabrication et les fonctions de ces structures sont détaillées avec un « système autobloquant issu d’une conception géométrique intelligente », selon Jeff Lee de la RMIT School of Engineering. « Notre invention est adaptée à une utilisation à grande échelle : un panneau pesant seulement 1,3 kg composé de plusieurs tubes peut facilement supporter une personne de 75 kg“, déclare-t-il dans un communiqué de presse.

Comment ça marche

Les structures tubulaires déployables telles que celles développées par les ingénieurs du RMIT sont conçues pour une extension fonctionnelle ultérieure et ont une très large gamme d’applications, des conduites flexibles aux éléments structurels utilisés dans le secteur aérospatialen passant par des bâtiments provisoires pour héberger des victimes de catastrophes naturelles ou des dispositifs médicaux.

Cependant, il existe historiquement deux éléments qui ne sont pas toujours équilibrés pour optimiser les performances de ce type de structures, Capacité d’expansion et rigidité. Souvent, ces structures doivent se sacrifier les unes pour les autres : si elles sont trop flexibles, elles ne peuvent pas supporter beaucoup de poids, et si elles sont trop rigides, leur pliage ne réduit pas suffisamment leur taille pour les rendre facilement transportables.

Pour résoudre ce conflit, l’équipe dirigée par Jeff Lee et Mike Xie Ils ont été inspirés par la structure du bambou et se sont tournés vers des techniques de plis incurvés inspirées de l’origami pour obtenir une flexibilité et une rigidité maximales. La clé réside dans les diaphragmes internes qui, une fois déployés, se verrouillent automatiquement pour fournir la rigidité nécessaire.

Le bambou, encore utilisé dans la construction et qui peut être deux fois plus résistant que le béton sous certaines conditions, est un matériau naturel dont les structures internes servent de renfort sans perdre en flexibilité. L’équipe RMIT a reproduit cette fonctionnalité à l’aide d’un design géométrique astucieux, dans lequel le flambage élastique de la coque « durcit » lorsque la structure est déployée.

“Lorsque la NASA déploie des panneaux solaires, par exemple, Les bras utilisés sont des tubes emballés à plat avant d’être déployés dans l’espace” Explique Lee. ” Nos nouveaux tubes, inspirés des principes de l’origami, pourraient offrir une plus grande résistance structurelle dans diverses conditions. “

Fabrication et applications

Les composants de la coque plate et du diaphragme des prototypes ont été découpés avec précision au laser à partir de feuilles de polyéthylène téréphtalate glycol (PETG), un type de plastique d’une épaisseur finale comprise entre 0,10 et 0,15 mm. Compte tenu de sa facilité d’évolutivité, ils ont testé ses performances avec différentes tailles de composants, en prenant comme exemple la structure qui ne pèse que 1,3 kg et peut supporter 75 kg, soit 57,6 fois son poids.

Pour adapter chacun des éléments, ils ont eu recours à un algorithme intelligent pour étudier comment les tubes se comporteraient sous différentes forces. Ils ont ainsi vérifié que, si l’orientation des diaphragmes est modifiée, la résistance et la flexibilité de l’ensemble de la structure peuvent être adaptées aux besoins spécifiques de chaque instant.

“Grâce à notre innovation inspirée de l’origami, les tubes plats sont non seulement faciles à transporter, mais sont également suffisamment solides pour résister aux forces externes lorsqu’ils sont utilisés”, explique Mike Xie. “De plus, le tube est autobloquant, ce qui signifie que sa forme est fermement verrouillée sans nécessiter de mécanismes supplémentaires ni l’intervention humaine.

Comme ils le soulignent dans leur étude, ces tubes ont “des applications potentielles dans divers domaines dans lesquels les structures tubulaires déployables sont largement utilisées, comme la biomédecine, l’aérospatiale, la construction et la robotique”. Pour poursuivre son développement et étendre ses fonctions possibles, l’équipe explore l’utilisation de nouveaux matériaux et de différentes méthodes de fabrication.

Parmi les prochaines étapes de ses recherches, Lee commente son intention « d’étendre la fonction d’auto-verrouillage à d’autres formes de tubes et vérifier son comportement sous diverses forces, telles que la flexion et la torsion“. L’objectif est de les rendre encore plus polyvalents et résistants à toute éventualité.