Gondolta volna, mennyi mindenre használják az origamit?

Az űrkutatás, az orvostudomány, a robotika, az építészet és a hadászat is hasznosítja a módszereit.

Kecskemét, 2018. augusztus 12. Aojagi Soko japán origami oktató, a fesztivál díszvendége madárfigurát tart a kezében a kecskeméti Szabadság téren, ahol világító origami figurákkal díszítik fel az ÉrtékTár Tér oszlopait 2018. augusztus 11-én. Több mint százan vesznek részt az idén 30 éves Magyar Origami Kör huszonkilencedik alkalommal összehívott éves közgyûlésén, az Országos és Nemzetközi Origami Találkozón, amelyet augusztus 10-12. között rendeztek meg. MTI Fotó: Ujvári Sándor Fotó: Ujvári Sándor

A papírhajtogatás ősi japán művészete, az origami nemcsak szemet gyönyörködtető díszek, hanem praktikus tárgyak létrehozására is alkalmas. Kibontakozóban lévő terület a mechanikusan működtetett bináris kapcsolók hajtogatása, amelyekből akár egyszerű számítógép is építhető.

Nem is hinnénk, mi mindenre jó a nagy dolgok kicsire zsúfolásának művészete

Az origami valaha kizárólag műalkotások és dísztárgyak létrehozására szolgált a japán kultúrában, ám az utóbbi évtizedekben egyre szaporodnak az ősi hajtogatóművészet tudományos és mérnöki alkalmazásai.

Az űrkutatástól az orvostudományon és robotikán át az építészetig és a hadászatig a legkülönbözőbb területeken ismerik fel a hajtogatott szerkezetek hasznosságát.

A feladat legtöbbször az, hogy egy nagy dolgot kicsi helyre bezsúfoljanak, de a hajtogatott struktúrák alakváltó vagy rezgéselnyelő képességének is fontos szerep jut egyes alkalmazásokban. A lehetőségek tárháza lényegében kimeríthetetlen.

Az USA-ban komoly bevételt hoz egy hátizsáknyira összehajtogatható kajak; az űrteleszkópok készítői érdeklődnek a futballpálya-méretűre kinyíló lencse iránt, ami simán befér egy apró hordozóegységbe, és az amerikai rendőrség nagyobb tételt tervez beszerezni egy összehajtható kevlárpajzsból, amely egyszerre két-három embernek nyújt golyóálló menedéket.

Origami technikát használtak egyebek közt a japán nagysebességű vonatok csővezetékeinek kialakításához: a cső falát erősítő hajtogatott szerkezet elnyeli a többletnyomást, így csökkenti az esetleges balesetek esélyét.

A tudományos-mérnöki célú origami egyik legismertebb terjesztője és művelője az 1961-es születésű Robert J. Lang, a NASA korábbi fizikusa, aki csodálatos rovar- és állathajtogatásai mellett az origami matematikai elméletének és számítógépes modellezésének kidolgozásáról vált híressé.

Fotó: Pexels

Papírból hajtogattak egyszerű bináris memóriát

Az Applied Physics Letters című folyóirat legújabb számában az Egyesült Arab Emirátusok egyik elitegyetemének fizikusai papírból hajtogatott egyszerű bináris memória létrehozásáról számolnak be. A memóriát felépítő mechanikus kapcsolókat az abu-dzabi New York University kutatói a Kresling-mintaként ismert origami-módszerrel hajtogatták.

Az egyedi kapcsolókból többet egy hordozólapra építve működő memóriaegységet sikerült kidolgozni.

Az origami ilyen irányú hasznosításának lehetőségét először – nem meglepő módon – japán kutatók vizsgálták meg alaposabban. Jaszuda és munkatársai 2017-es Nature Communications-cikkükben részletesen jellemezték a papírból hajtogatott bináris mechanikus kapcsoló fizikai viselkedését.

A kutatók ott elmagyarázták: az elektronikus vagy optikai memóriaegységek mechanikus megfelelői olyan körülmények között – például az űrben vagy egy atomreaktor belsejében – is zökkenőmentesen alkalmazhatók, ahol az extrém hőmérsékleti és sugárzási viszonyok megbízhatatlanná teszik az elektronikus eszközök működését.

Az origami-hajtogatott szerkezetek lehetnek merevek vagy rugalmasak. A merev origami-szerkezetek csak a hajlítási vonalak mentén tudnak deformálódni, miközben a határoló felületek síkban maradnak.

A rugalmas origami-szerkezetekben viszont a határolólapok maguk is deformálódhatnak.

A Kresling-mintázat a rugalmas origami egy fajtája. Az így hajtogatott papírból egy fújtatószerű szerkezet jön létre, amely kétféle – egy szétnyitott és egy lapos – stabil konfiguráció között tud ide-oda billegni.

A hajtogatott fújtatók viselkedését úgy befolyásolhatjuk, ha rezgetni kezdjük az őket tartó alátámasztást. A rezgés hatására a fújtatók hol ide, hol oda kapcsolnak; ennek alapján a kutatók Kresling-inspirálta mechanikus kapcsolónak (Kresling-inspired mechanical switch, KIMS) nevezték el őket.

Fotó: Pexels

Nagyobb léptékű mechanikus memóriaegységek is építhetők

A tudósok azt vették észre, hogy a KIMS-eket tartó felszín meghatározott frekvenciájú fel-le oszcilláltatásával a KIMS-ek átbillenthetők egyik stabil állapotukból a másikba. Elektrodinamikus rázóasztal segítségével jól ellenőrzött vibrációt hoztak létre, és közben lézerrel figyelték a KIMS felső felszínének mozgását.

Így módjuk nyílt az átbillenés hátterében álló alapvető fizikai viselkedés leírására.

„Szintén a Kriesling-féle origami-mintázatot követve létrehoztuk a mechanikus bináris kapcsolók egész csoportját – mondta el Ravindra Masana, a szerzők egyike. – Ezeket a különféle statikus állapotaik közötti átkapcsolásra lehet kényszeríteni egyetlen kontrollált bemenettel, az alapjukra gyakorolt harmonikus oszcillációs gerjesztés útján.„

A csoport először egy kétbites memóriaegységet alkotott két, ugyanarra a hordozófelületre helyezett KIMS felhasználásával. Mivel mindkét KIMS-nek két stabil állapota van, a teljes rendszert összesen négy állapottal – S00, S01, S10, és S11 – lehetett leírni.

A hordozófelület oszcillációi a rendszert a négy stabil állapot közötti átkapcsolásokra késztették. Ugyanezt az elgondolást több KIMS-egységre is ki lehet terjeszteni, így ezzel a logikával nagyobb léptékű mechanikus memóriaegységek is építhetők.

„Ezek a mechanikus kapcsolók miniatürizálhatók – emelte ki Mohammed Daqaq, a cikk egyik szerzője és az abu-dzabi New York University alkalmazott nemlineáris dinamika laboratóriumának vezetője. – A terebélyes elektrodinamikus rázóasztal helyett pedig gerjeszthetjük a memóriaegységet megfelelően méretskálázott piezoelektromos és grafén eszközökkel.”

Fotó: Pexels