Atténuer les chocs avec des matériaux inspirés de l'origami
Les véhicules spatiaux comme la fusée Falcon 9 de SpaceX sont conçus pour être réutilisables. Mais cela signifie qu’ils doivent réussir leurs atterrissages. Ce processus est stressant pour les jambes d’une fusée, car elles doivent supporter la force de l’impact avec une surface.
Créer des matériaux absorbants pour atténuer les chocs
Une façon de lutter contre cela est de construire des jambes avec des matériaux absorbant une partie de la force et d’atténuer le choc. Des chercheurs de l’Université de Washington ont mis au point une nouvelle solution permettant de réduire la force de ces impacts – pour des applications potentielles dans les véhicules spatiaux, les voitures et plus encore.
S’inspirant de l’art du pliage de l’origami, l’équipe a créé un modèle en papier d’un métamatériau utilisant des «plis de l’origami» pour atténuer la force des impacts et favoriser une détente des matériaux. L’équipe a publié leurs résultats dans Science Advances. »
«Si vous portiez un casque de football fabriqué à partir de ce matériau et que quelque chose toucherait votre casque, vous ne sentirez jamais que quelque chose vous a frappé. Au moment où l’énergie du choc entre em contact avec votre casque, elle est réduite à son maximum», a déclaré l’auteur correspondant, Jinkyu Yang , professeur agrégé d’aéronautique et d’astronautique à l’Université de Washington.
«Les métamatériaux sont comme des legos. Vous pouvez créer tous les types de structures en répétant un seul type de bloc de construction, ou cellule unitaire, comme nous l’appelons », a-t-il déclaré. «En fonction de la conception de votre cellule unitaire, vous pouvez créer un matériau doté de propriétés mécaniques uniques et sans précédent.» Les chercheurs se sont tournés vers l’art de l’origami pour créer cette cellule unitaire.
Utiliser l’origami pour concevoir des amortisseurs
Tout comme l’origami, ces prototypes de cellules unitaires sont fabriqués à partir de papier. Les chercheurs ont utilisé un découpeur au laser pour créer des lignes pointillées dans du papier afin de désigner le lieu de pliage. L’équipe a plié le papier le long de ces lignes pour former une structure cylindrique, puis a collé des bouchons en acrylique à l’une ou l’autre des extrémités pour relier les cellules en une longue chaîne.
Les chercheurs ont aligné 20 cellules et connecté une extrémité à un appareil capable de déclencher une réaction tout au long de la chaîne. À l’aide de six caméras GoPro, l’équipe a suivi l’onde de compression initiale et l’onde de tension suivante lorsque les cellules de l’unité sont revenues à la normale.
La chaîne composée des cellules d’origami présentait un mouvement ondulatoire contre-intuitif: même si la force de compression exercée par le dispositif déclenchait la réaction, cette force ne parvenait jamais jusqu’à l’extrémité de la chaîne. Ainsi, les cellules unitaires situées au bout de la chaîne ont uniquement ressenti la force de tension qui les tirait vers l’arrière.
Fabriquer un amortisseur en matériau composite
«L’impact est un problème que nous rencontrons quotidiennement et notre système offre une approche totalement nouvelle pour en réduire ses effets. Par exemple, nous aimerions l’utiliser pour aider les personnes et les voitures à mieux s’en sortir après un accident où le véhicule subit un choc important.», a déclaré Yang. «Pour l’instant, notre amortisseur est en papier, mais nous prévoyons de le fabriquer en matériau composite. Idéalement, nous pourrions optimiser ce matériau selon l’utilisation que vous en feriez.
Source : University of Washington
Crédit photo : Pixabay