Hoewel misschien niet zo iconisch als de papierkraan, de hypar-origami met zijn uitgestrekte tegenovergestelde bogen en zadelvorm is al lang populair bij kunstenaars die werken in de papiervouwtraditie.

Nu kijken onderzoekers van het Georgia Institute of Technology en de University of Tokyo naar de vorm met het oog op het benutten van zijn structurele eigenschappen, in de hoop manieren te vinden om de bistabiliteit ervan te benutten om multifunctionele apparaten of metamaterialen te bouwen.

Voor een onderzoek dat op 17 september in het tijdschrift werd gerapporteerd: Natuurcommunicatie en ondersteund door de National Science Foundation, de onderzoekers onderzochten eerst of het populaire origamipatroon dat lijkt op de geometrische hyperbolische paraboloïde - of hypar - dezelfde fysieke kenmerken had als zijn geometrische tegenhanger en probeerden te begrijpen hoe de plooien bijdragen aan de vorming van het patroon.

"De hyperbolische paraboloïde is een opvallend patroon dat is gebruikt in architecturale ontwerpen over de hele wereld, " zei Glaucio Paulino, een professor aan de Georgia Tech School of Civil and Environmental Engineering. "Als een origamipatroon, het heeft structurele bistabiliteit die kan worden gebruikt voor metamaterialen die worden gebruikt bij het vangen van energie of andere micro-elektronische apparaten."

Structurele bistabiliteit verwijst naar het vermogen van het origamipatroon om een ​​rustevenwicht te vinden in twee verschillende toestanden - wanneer de zadelvorm zichzelf omkeert. Die mogelijkheid zou apparaten op basis van de structuur van de origami in staat kunnen stellen om opnieuw te configureren om de bogen in tegenovergestelde richtingen te richten.

Zoals elke andere origami, het patroon begint met een plat vel papier, die vervolgens langs concentrische vierkanten wordt gevouwen. Die vouwen trekken samen aan de uiteinden van het papier in tegengestelde richtingen, vormen de tegengestelde bogen van een hyperbolische paraboloïde.

Om meer te begrijpen over de mechanismen die de zadelvormen creëren, de onderzoekers creëerden een theoretisch model dat zou kunnen dienen om het gedrag van de origami te voorspellen, en hun analyse versterkte het idee dat de structuur dezelfde kenmerken vertoonde als zijn geometrische tegenhanger.

"Een van de echt interessante dingen die we ontdekten, was dat de vouwen van concentrische vierkanten niet uniform hoefden te zijn in hun offsets om de hypar-origami te vormen, " zei Ke Liu, een voormalig afgestudeerde student aan Georgia Tech en nu een postdoctoraal onderzoeker aan het California Institute of Technology. "Dus sommige vierkanten kunnen vrij dicht bij elkaar liggen en andere verder uit elkaar en toch zou de algehele vorm een ​​hyperbolische paraboloïde zijn."

Echter, de onderzoekers merkten op dat een gebrek aan uniformiteit in de plooien andere aspecten van de structuur zou veranderen, zoals hoeveel energie er nodig zou zijn om het in zijn hyparvorm te duwen.

"Je zou theoretisch elke individuele hypar-origami-structuur kunnen afstemmen door de schaal van deze plooien te veranderen, en het zou veranderen hoe die structuur reageert op de druk die er tegenaan duwt, "Zei Liu. "Toekomstige ontwerpen voor robotica of andere elektronica zouden dit soort klikgedrag kunnen gebruiken."

De onderzoekers vouwden de origami ook in een reeks vierkanten, zodat vier hypar-origami-patronen op hetzelfde vel materiaal werden gevormd. Een fysiek model toonde aan dat de structuur maar liefst 32 verschillende stabiele configuraties heeft.

"De hypar-tessellation met meerdere stabiele toestanden heeft veelbelovende toepassingen als stimulusgevoelige meta-oppervlakken en schakelaars, " zei Tomohiro Tachi, die universitair hoofddocent is aan de Universiteit van Tokio, Japan.

"Dit soort configuraties zou de basis kunnen leggen voor toekomstige meta-oppervlakken met herconfigureerbare eigenschappen en een hoge mate van afstembaarheid, " zei Paulino, die ook de Raymond Allen Jones Chair of Engineering is aan de School of Civil and Environmental Engineering.