Origami

Sep 01, 2023

Amanda Pedersen | 07 de março de 2023

As tecnologias inspiradas no origami levaram a avanços em muitos setores, incluindo tecnologia de baterias, design de espaçonaves e, sim, até mesmo tecnologia médica.

Ao longo dos anos, a MD+DI relatou muitas tecnologias inspiradas em origami. De fato, em 2015, baterias inspiradas em origami ficaram no topo em uma série de pesquisas pedindo aos leitores de MD+DI que identificassem as novas tecnologias com maior probabilidade de ter um efeito profundo na tecnologia médica nos próximos anos.

No início daquele ano, pesquisadores da Arizona State University (ASU) usaram uma variação de origami, chamada kirigami, como um modelo de design para baterias que podem ser esticadas em mais de 150% de seu tamanho original e ainda manter a funcionalidade total (foto acima). Um artigo descrevendo como os pesquisadores da ASU desenvolveram baterias de íon-lítio baseadas em kirigami foi publicado em 11 de junho de 2015 na revista Nature's Scientific Reports. A bateria protótipo baseada em kirigami foi costurada em uma pulseira elástica que foi anexada a um relógio inteligente. A bateria alimentava totalmente o relógio e suas funções – incluindo a reprodução de vídeo – enquanto a pulseira era esticada.

“A maioria dos wearables exigirá energia e, para alguns, será o máximo de energia possível, amontoado em formas desajeitadas ou que precisam ser flexionadas conforme o usuário se move”, disse Bill Evans, agora vice-presidente da Neptune Medical, ao MD+DI. em 2015. "Acho que uma bateria como o design inspirado em kirigami da equipe ASU tem muito potencial neste mercado emergente de wearables por causa de sua capacidade de flexionar durante o uso, mas ainda oferece desempenho superior e características bem compreendidas que a química do lítio ofertas."

Os pesquisadores da ASU começaram há dois anos com a dobra de origami Miura, explicou Hanqing Jiang, professor de engenharia mecânica e aeroespacial da ASU. O método, que leva o nome de seu inventor, o astrofísico japonês Koryo Miura, envolve dobrar uma superfície plana em uma área menor.

"Origami e kirigami pertencem às artes plásticas. Eles só foram usados ​​por engenheiros muito recentemente", disse Jiang.

Miura parecia ter potencial quando se tratava de fornecer alguma elasticidade para baterias rígidas de íons de lítio. Mas Jiang e seus colegas, estudantes de doutorado Zeming Song e Xu Wang, logo se depararam com um obstáculo: Miura é elástico, mas a altura mudou significativamente após repetidos alongamentos. A solução que Jiang, Song e Wang encontraram foi uma forma de origami chamada kirigami, que envolve dobrar e cortar. Kirigami permitiu cortar e torcer para criar estruturas interligadas de baterias de íon de lítio que eram esticáveis.

Origami também se mostrou útil para Seokheun Choi, professor assistente de engenharia elétrica e de computação na Universidade de Binghamton (Binghamton, NY). Choi criou biobaterias de papel inspiradas em origami (foto abaixo) que poderiam alimentar sensores e outros dispositivos médicos de baixa potência em países em desenvolvimento.

As baterias incluem um cátodo de respiração de ar criado pela pulverização de níquel em um lado do papel de escritório comum. O ânodo é uma tela impressa com tintas de carbono. Uma gota de qualquer tipo de líquido contendo bactérias pode produzir eletricidade na biobateria do papel. Houve um desafio de design significativo, no entanto. Choi precisava amarrar algumas dessas baterias de papel seguidas para produzir microwatts suficientes para serem úteis. Um biossensor tem restrições de espaço. Choi, que obteve um doutorado pela Arizona State University, estava ciente do trabalho dos pesquisadores da ASU e do trabalho de outros engenheiros que usaram origami. Ele forneceu uma solução elegante para Choi.

"Você poderia reduzir o tamanho com técnicas de dobramento. ... Eu poderia conectar 28 baterias para aumentar a densidade de energia usando tecnologias de origami. Acho que esta técnica é uma ferramenta de grande potencial para qualquer biobateria ou qualquer bateria usando substratos à base de papel. Tem um enorme potencial quantidade de potencial", disse Choi.

Em 2016, pesquisadores da Brigham Young University (BYU; Provo, UT) que já trabalhavam com a NASA para usar princípios de origami no design de espaçonaves, começaram a usar técnicas de origami relacionadas para criar ferramentas cirúrgicas pequenas o suficiente para serem inseridas em orifícios na pele que pode curar sem suturas. A BYU licenciou a tecnologia para a Intuitive Surgical, pioneira em cirurgia robótica. Este vídeo (transcrição disponível abaixo) detalha algumas das tecnologias inspiradas em origami da BYU licenciadas para a Intuitive.