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Une nouvelle ride sur l’origami transforme la conception de structures pliantes en un jeu d’enfant

Une nouvelle ride sur l’origami transforme la conception de structures pliantes en un jeu d’enfant

La plupart des gens associent l’origami aux grues colorées et aux grenouilles décoratives, mais l’art asiatique ancien du pliage du papier est peut-être beaucoup plus utile que cela. Les scientifiques l’ont utilisé pour fabriquer de minuscules robots et d’autres dispositifs 3D repliables, par exemple. Aujourd’hui, une équipe de physiciens de la matière molle a inventé une méthode pour concevoir l’origami en assemblant essentiellement des pièces de puzzle qui codent les différents points ou sommets où les plis se rencontrent. L’approche pourrait rendre la conception de robots pliant beaucoup plus facile.

« C’est un grand pas en avant, et j’en suis très enthousiaste « , déclare Christian Santangelo, physicien théoricien à l’Université de Syracuse à New York, qui n’a pas participé à ce travail.

Il est facile de rembourrer une feuille de papier ; il est beaucoup plus difficile de la plier. Imaginez que vous pointiller la feuille avec des points aléatoires et les relier avec des lignes droites pour créer des quadrilatères avec quatre côtés, potentiellement tous de longueurs différentes. Ce motif est un origami potentiel, chaque ligne représentant un pli pliable. Entre-temps, chaque point représente un sommet où quatre plis se rejoignent, le minimum requis pour le pliage. Cependant, la plupart de ces modèles aléatoires ne se plient pas. En fait, en trouver un qui le fera est l’un des problèmes de calcul les plus difficiles, dit Martin van Hecke, physicien à l’Université de Leiden aux Pays-Bas et à l’institut de recherche AMOLF à Amsterdam. « Les chances sont pratiquement nulles » qu’un modèle aléatoire se plie, dit-il.

C’est ainsi que van Hecke, Scott Waitukaitis, physicien à l’Institute of Science and Technology Austria à Klosterneuburg, et ses collègues ont inventé un moyen de produire des origamis qui vont certainement se plier. Ils ont commencé avec un seul sommet défini par les quatre angles entre ses plis. Ensuite, ils ont généré trois sommets liés en inversant l’ordre des angles, en remplaçant chaque angle par un nombre donné en soustrayant l’original de 180°, ou en appliquant les deux étapes. Enfin, les scientifiques ont créé des quadrilatères avec différentes combinaisons de sommets. Sur plus de 65 000 quadrilatères possibles, seulement 140 d’entre eux se coucheraient, selon les chercheurs.

Cependant, à partir de ce lexique des quadrilatères pliables, les chercheurs ont pu assembler des origamis beaucoup plus grands. Les quadrilatères ne s’emboîtent que dans certaines combinaisons – par exemple, de sorte que la somme des quatre angles à n’importe quel sommet soit égale à 360°, et de sorte que trois des plis se plient vers le haut et un vers le bas ou vice versa. Les chercheurs ont découvert qu’ils pouvaient représenter les quadrilatères comme des pièces de puzzle colorées, essentiellement carrées, qui ne s’assemblent que de certaines façons et selon des règles de couleur. Concevoir un origami devient alors aussi simple que d’assembler des pièces de puzzle, rapportent aujourd’hui les chercheurs en physique de Nature. « Cela nous permet de concevoir un motif qui est garanti de se plier « , dit M. Waitukaitis.

Mais l’équipe est allée encore plus loin. Il a classé les pièces du puzzle en huit catégories qui révéleraient combien de façons différentes un origami se plierait. C’est important, dit Santangelo, parce que si une structure se plie de trop de façons, sa forme finale devient difficile à contrôler. Dans le nouveau travail, certaines classes produisent des structures qui ne se plient que de deux façons. De plus, les différentes classes produisent des origamis avec des courbures différentes. En mélangeant les classes, Waitukaitis et van Hecke ont conçu un origami de 36 par 36 pièces de casse-tête qui pouvait basculer entre les formes des lettres grecques alpha et omega (voir vidéo). Ils ont ensuite fabriqué l’origami à partir d’une feuille de plastique pour prouver son efficacité.

Les scientifiques ont déjà des algorithmes informatiques qui facilitent la conception en recherchant des motifs d’origami légitimes, note M. Santangelo, mais les nouveaux travaux sont prometteurs parce que ces programmes sont relativement inefficaces. Néanmoins, l’approche de l’origami puzzle n’est peut-être pas aussi simple qu’il n’y paraît à première vue, dit-il. « C’est élégant, dit Santangelo, mais personnellement, je trouve les règles difficiles à comprendre. »

Pour rendre le tout plus concret, Waitukaitis et van Hecke ont en fait réalisé les pièces du puzzle qu’ils décrivent dans le document. Van Hecke dit qu’il s’en sert même pendant les discussions pour expliquer ce qu’ils font. « Nous avons juste pensé que si jamais nous devions expliquer cela aux humains moyens, ce serait une bonne façon de le faire. »

Via Science

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