Publicystyka

Origami wokół nas: część III – nauka

Origami istnieje wokół nas i często nie zdajemy sobie z tego sprawy. Tak jak w świecie natury i sztuki, znalazło ono swoje miejsce także w świecie nauki. Obrazowane nim prawa fizyki stają się łatwiejsze do wykorzystania przez naukowców.

Wspomniane wcześniej złożenie Miura (Miura-ori) jest metodą składania materiału o płaskiej powierzchni w mniejszy obszar. Rozłożone przypomina wytłaczankę do jajek, tyle że w kształcie harmonijki. Nazwa pochodzi oczywiście od nazwiska wynalazcy, japońskiego astrofizyka Kōryō Miury, który odkrył je w 1970 roku. Złożenie Miura umożliwia upakowanie materiału w zwarty kształt, którego grubość odzwierciedla tylko grubość złożonego materiału. Złożony materiał można rozpakować jednym ruchem, ciągnąc za jego przeciwległe końce, a z kolei rozłożony już materiał można złożyć ponownie przez złączenie tych dwóch końców razem. 

Miura-ori

Wielu naukowców bada i analizuje technikę origami. Erik Demaine, profesor informatyki i inżynierii MIT (Massachusetts Institute of Technology) tworzy wiele rozbudowanych modeli, poszukując kodu składania origami. Współpracujący z nim Tobohiro Tachi, także profesor Informatyki z Uniwersytetu w Tokio, stworzył oprogramowanie do złożenia origami geometrycznego. Skanuje ono trójwymiarowy rzeczywisty obiekt, np. czajnik, który komputer przekształca w dwuwymiarowy projekt, a następnie z jednego arkusza powstaje taka sama figura, tyle że w origami. Kolejnym mistrzem origami jest Robert Lang, który także stworzył program do tworzenia siatki zgięć. Laserowym ploterem drukuje on linie na jednym niepociętym arkuszu papieru, który następnie składa własnoręcznie. W Internecie można znaleźć wiele jego wykładów, np. na temat 11 poziomów trudności w origami.

Naukowcy szukają także zastosowań origami w swoich wynalazkach. Kaori Kujibayashi prowadzi badania na Uniwersytecie Hokkaido w Sapporo w Japonii nad metalowym stentem i cieńszą od włosa płytką, która być może umożliwi stworzenie w przyszłości sztucznych tkanek i naczyń krwionośnych. Opracowała wzór pozwalający zmieniać średnicę światła stentu z małego na duże. Nie potrzeba do tego balonika. Stent jest instalowany przez arterię i rozszerza się pod wpływem ciepła ciała.

Ivan Huc w Europejskim Instytucie Chemii i Biologii (Pessac, Francja) prowadzi badania nad strukturą białek i aminokwasów oraz nad ich połączeniami molekularnymi. Jest to pierwszy krok do stworzenia sztucznych cząsteczek białka. Odpowiednie składanie poszczególnych struktur białka określa jego funkcję. Nieprawidłowe złożenia cząsteczek białek wywołują choroby, takie jak np. anemia sierpowata.

Czerwone krwinki

Z kolei Katia Bertoldi na Uniwersytecie w Harvardzie (Boston, USA) wraz z zespołem poszukuje unikalnego modułu, z którego można by stworzyć dowolny obiekt lub elementy do budowy większych konstrukcji, jak np. rozkładany dach stadionu czy kabrioletu. Na tym samym uniwersytecie, na Wydziale Mikrorobotyki i Mikroinżynierii pracuje Robert Wood. Stara się on uprościć formy przez ich składanie. Wynalazł owadzie mikroroboty, które składają się same z naciętej mikropłytki pod wpływem ciepła. Takie mikrodrony mają różne zastosowania, jednym z pomysłów jest zastąpienie nimi pszczół.

W konstrukcjach dachów, ścian czy skrzydeł samolotów stosuje się różne kompozyty przekładkowe (ang. sandwich) składające się z dwóch warstw zewnętrznych wypełnionych rdzeniem. Zwiększa to siłę materiału i chroni przed deformacją. Przykładem może być materac lub gruba tektura z warstwą falistą w środku. W Stuttgarcie (Niemcy) na etapie badań są kompozyty z rdzeniem wykorzystującym złożenie Miura. Arkusze powstają z włókna węglowego, plastiku i specjalnego papieru. Zastosowanie takiego kompozytu w kadłubie samolotu czyni go lekkim i stabilnym oraz może w przyszłości zmniejszyć wagę samolotu nawet o 40%.

Problemem w produkcji przemysłowej jest fakt, że maszyny umieją już naginać, ale nie umieją jeszcze same złożyć. Poszukiwaniami do stworzenia maszyny origami zajmuje się Ive Klett.

Także NASA dojrzało potencjał składania do wykorzystania w kosmosie. Robert Landt i Brian Trease pracują nad składanym panelem (gwiezdną zasłoną) o średnicy 900 m, umożliwiającym szukanie odległych egzoplanet. Zasłona ma przysłonić Słońce, by teleskop dostrzegł światło odległych gwiazd i mógł zrobić im zdjęcie. Wystrzelenie satelity planowano w tym roku. Oczywiście upakowanie poprzez zgięcia jest już wykorzystywane w stacjach kosmicznych, satelitach i łazikach, aby jak najwięcej sprzętu i materiału przenieść z Ziemi w przestrzeń kosmiczną.

Mark Neyrinck z Wydziału Fizyki i Astronomii Uniwersytetu Hopkinsa prowadzi badania i zajęcia ze studentami nad ciemną materią. W miejscach jej akumulacji powstaje widzialna materia, a w miejscach jej nakładania na siebie występuje nagromadzenie galaktyk. Ilustrują to modele origami, które Neyrinck konstruuje wraz ze studentami. W złożeniu skrętnym origami, gdzie punkty tworzą trójkąt, następuje przejście z formy rozłożonej do złożonej i obrót trójkąta. Sąsiadujące ze sobą galaktyki kręcą się w tym samym kierunku jak forma origami. Metoda ta umożliwia przewidzenie, gdzie we wszechświecie powstaną nowe galaktyki.

Jak więc widzicie, zaczynając od naszych organizmów i kończąc na kosmosie origami jest przedmiotem wielu badań i zainteresowań naukowców z całego świata. Jestem ciekawa dalszego rozwoju tych technologii i tego, co z nich wyniknie.