Origami

Sep 01, 2023

Amanda Pedersen | 07 marzo 2023

Le tecnologie ispirate agli origami hanno portato a scoperte in molti settori, tra cui la tecnologia delle batterie, la progettazione di veicoli spaziali e, sì, anche la tecnologia medica.

Nel corso degli anni, MD+DI ha segnalato molte tecnologie ispirate agli origami. Infatti, nel 2015, le batterie ispirate agli origami sono risultate vincitrici in una serie di sondaggi che chiedevano ai lettori di MD+DI di identificare le nuove tecnologie che con maggiore probabilità avrebbero avuto un profondo effetto sulla tecnologia medica nei prossimi anni.

All’inizio di quell’anno, i ricercatori dell’Arizona State University (ASU) hanno utilizzato una variante di origami, chiamata kirigami, come modello di progettazione per batterie che possono essere allungate fino a oltre il 150% della loro dimensione originale e mantenere comunque la piena funzionalità (nella foto sopra). Un articolo che descrive come i ricercatori dell'ASU hanno sviluppato batterie agli ioni di litio basate sul kirigami è stato pubblicato l'11 giugno 2015 sulla rivista Nature's Scientific Reports. Il prototipo della batteria basata sul kirigami è stato cucito in un braccialetto elastico attaccato a un orologio intelligente. La batteria alimentava completamente l'orologio e le sue funzioni, inclusa la riproduzione di video, mentre il cinturino veniva allungato.

"La maggior parte dei dispositivi indossabili richiederà energia, e per alcuni sarà la massima potenza possibile racchiusa in forme scomode o che devono flettersi mentre l'utente si muove", ha detto a MD+DI Bill Evans, ora vicepresidente di Neptune Medical. nel 2015. "Penso che una batteria come il design ispirato al kirigami del team ASU abbia un grande potenziale in questo mercato emergente dei dispositivi indossabili grazie alla sua capacità di flettersi durante l'uso, pur offrendo prestazioni più elevate e caratteristiche ben comprese che la chimica del litio offerte."

I ricercatori dell'ASU hanno iniziato due anni fa con la piega Miura degli origami, ha spiegato Hanqing Jiang, professore di ingegneria meccanica e aerospaziale all'ASU. Il metodo, che prende il nome dal suo inventore, l'astrofisico giapponese Koryo Miura, prevede di piegare una superficie piana in un'area più piccola.

"Origami e kirigami appartengono alle belle arti. Sono stati usati dagli ingegneri solo di recente", ha detto Jiang.

Miura sembrava avere del potenziale quando si trattava di fornire una certa elasticità alle batterie agli ioni di litio altrimenti rigide. Ma Jiang e i suoi colleghi, i dottorandi Zeming Song e Xu Wang, si sono presto imbattuti in un intoppo: Miura è estensibile, ma l'altezza è cambiata in modo significativo dopo ripetuti allungamenti. La soluzione a cui sono arrivati ​​Jiang, Song e Wang è stata una forma di origami chiamata kirigami che prevede sia la piegatura che il taglio. Kirigami ha consentito di tagliare e torcere per creare strutture ad incastro di batterie agli ioni di litio che fossero estensibili.

Gli origami si sono rivelati utili anche per Seokheun Choi, assistente professore di ingegneria elettrica e informatica alla Binghamton University (Binghamton, NY). Choi ha inventato biobatterie di carta ispirate agli origami (nella foto sotto) che potrebbero potenzialmente alimentare sensori e altri dispositivi medici a basso consumo nei paesi in via di sviluppo.

Le batterie includono un catodo traspirante creato spruzzando nichel su un lato della comune carta da ufficio. L'anodo è un serigrafato con vernici al carbonio. Una goccia di qualsiasi tipo di liquido contenente batteri può produrre elettricità sulla biobatteria di carta. Tuttavia, c'era una sfida progettuale significativa. Choi aveva bisogno di mettere in fila alcune di queste batterie di carta per produrre abbastanza microwatt per essere utili. Un biosensore ha vincoli di spazio. Choi, che ha conseguito un dottorato presso l'Arizona State University, era a conoscenza del lavoro dei ricercatori dell'ASU e del lavoro di altri ingegneri che avevano utilizzato gli origami. Ha fornito una soluzione elegante per Choi.

"Potresti ridurre le dimensioni con tecniche di piegatura. ... Potrei collegare 28 batterie per aumentare la densità di potenza utilizzando le tecnologie degli origami. Penso che questa tecnica sia un grande strumento potenziale per qualsiasi biobatteria o qualsiasi batteria che utilizzi substrati a base di carta. Ha un enorme quantità di potenziale", ha detto Choi.

Nel 2016, i ricercatori della Brigham Young University (BYU; Provo, UT) che avevano già lavorato con la NASA per utilizzare i principi degli origami nella progettazione di veicoli spaziali, hanno iniziato a utilizzare tecniche di origami correlate per realizzare strumenti chirurgici abbastanza piccoli da poter essere inseriti nei fori della pelle che può guarire senza suture. La BYU ha concesso in licenza la tecnologia al pioniere della chirurgia robotica Intuitive Surgical. Questo video (trascrizione disponibile di seguito) descrive in dettaglio alcune delle tecnologie ispirate agli origami che la BYU ha concesso in licenza a Intuitive.