De volgende generatie zonnepanelen en airbags zal gevormd worden door de oude Japanse kunst van het vouwen van papier.

Minstens, zo ziet de noordoostelijke onderzoeker Soroush Kamrava het.

De derdejaars doctoraatsstudent werktuigbouwkunde gebruikt 3D-printers in de Machine Shop op de campus om slimme constructies te maken:objecten die kunnen instorten, energie absorberen, en spring terug op zijn plaats met behulp van de geometrische principes van origami.

"Origami is een tak van kunst die alleen geometrie gebruikt, wat dezelfde basis is voor mechanische constructies, ' zei Kamrava.

Traditionele origami maakt gebruik van papier. Echter, de meeste technische toepassingen vereisen materialen met een definitieve dikte en voldoende sterkte en stijfheid om goed te presteren. Dat is waar metamaterialen om de hoek komen kijken. Stoffen die niet in de natuur voorkomen, zoals kunststof, metaal en rubber, metamaterialen vormen de basis van Kamrava's werk.

Een origami-expert kan een paar basisvouwen omzetten in een complex ontwerp. De uitdaging voor ingenieurs is om een ​​systeem van vouwen te creëren dat structureel gezond is en kan worden gereproduceerd.

Kamrava gebruikt metamaterialen om patronen en vormen te repliceren die hij elke dag tegenkomt. "Ons werk is een combinatie van wetenschap en kunst, " zei hij. "Dus soms komt inspiratie uit een museum, oude architectuur, of gewoon vloertegels."

Kamrava maakt een papieren versie van het ontwerp met een origamiprinter. Hij speelt dan met de sample, het opvouwen en uitvouwen, om ervoor te zorgen dat het kan worden gerepliceerd met behulp van sterkere materialen.

Zodra dat is bevestigd, 3D-printers fabriceren geometrisch gevormde stukken in het gewenste metamateriaal, meestal kunststof, wat soms uren kan duren, afhankelijk van de grootte van elk stuk.

Kamrava assembleert de uiteindelijke structuur met behulp van metalen scharnieren om origami-papiervouwen na te bootsen. Door een kleine hoeveelheid druk uit te oefenen verandert de vorm van de structuur. Omdat de scharnieren de spanning absorberen, de wijziging kan steeds opnieuw worden aangebracht.

Zijn onderzoek richt zich op de inzetbaarheid van de slimme constructie, dat is het vermogen om strategisch uit te breiden zonder gebreken in de feitelijke structuur te veroorzaken. Kamrava berekent de functionele toepassing van constructies op basis van hun wendbaarheid.

"Bijvoorbeeld, als je een grote structuur naar de ruimte wilt sturen, het wordt duur, " zei hij. "Dus wetenschappers kunnen een inzetbare structuur ontwerpen die kan worden opgevouwen tot een kleiner volume voor de reis, maar kan weer uitzetten in zijn oorspronkelijke vorm wanneer het aankomt."

Slimme structuren zijn geen robots, die elektronica gebruiken. Slimme constructies veranderen eenvoudig van vorm op basis van een reactie op een verandering in de omgeving.

Van begin tot montage, het duurt ongeveer een jaar om één slimme structuur te maken. Kamrava werkt met een team van afgestudeerde en niet-gegradueerde studenten en zijn adviseur Ashkan Viziri, een professor in de mechanische en industriële techniek.

viziri, die hoogwaardige materialen bestudeert, erkende Kamrava's arbeidsethos en innovatieve benadering van het creëren van op origami geïnspireerde metamaterialen.

"Soroush heeft uitstekend werk geleverd door ervoor te zorgen dat hij onafhankelijk is, " Viziri zei. "Hij denkt altijd aan het volgende idee en hoe hij kan uitbreiden wat hij al heeft gedaan, waarvan ik denk dat het een cruciaal onderdeel is van iemands opleiding aan de Ph.D. peil."

Op een dag, Kamrava hoopt op origami-geïnspireerde metamaterialen te gebruiken om slimme structuren te creëren die kunnen worden gebruikt om hernieuwbare energie te oogsten. Maar voor nu, hij is nog aan het experimenteren.

"Slimme materialen is een voortdurend onderzoeksgebied, "zei hij. "Naar mijn mening, met het idee komen is het beste deel."