Nästa generation av solpaneler och krockkuddar kommer att formas av den urgamla japanska konsten att vika papper.

Åtminstone, det är så nordostforskaren Soroush Kamrava ser det.

Tredjeårsdoktoranden i maskinteknik använder 3D-skrivare i maskinaffären på campus för att skapa smarta strukturer—objekt som kan kollapsa, absorbera energi, och fjädrar tillbaka på plats med de geometriska principerna för origami.

"Origami är en konstgren som bara använder geometri, som är samma bas för mekaniska strukturer, sa Kamrava.

Traditionell origami använder papper. Dock, de flesta tekniska tillämpningar kräver material med definitiv tjocklek och tillräcklig styrka och styvhet för att fungera korrekt. Det är där metamaterial kommer in. Ämnen som inte finns i naturen, som plast, metall och gummi, metamaterial utgör grunden för Kamravas arbete.

En origamiexpert kan förvandla några grundläggande veck till en komplex design. Utmaningen för ingenjörer är att skapa ett system av veck som är strukturellt bra och kan reproduceras.

Kamrava använder metamaterial för att replikera mönster och former han möter varje dag. "Vårt arbete är en kombination av vetenskap och konst, " sa han. "Så ibland kommer inspiration från ett museum, gammal arkitektur, eller bara golvplattor."

Kamrava producerar en pappersversion av designen med en origamiskrivare. Han leker sedan med provet, vika den och vika upp den, för att säkerställa att den kan replikeras med starkare material.

När det är bekräftat, 3D-skrivare tillverkar geometriskt formade bitar i önskat metamaterial, oftast plast, vilket ibland kan ta timmar beroende på varje bits storlek.

Kamrava monterar den slutliga strukturen med metallgångjärn för att efterlikna origamipappersveck. Att applicera en liten mängd tryck ändrar strukturens form. Eftersom gångjärnen absorberar spänningen, förändringen kan göras om och om igen.

Hans forskning fokuserar på den smarta strukturens deployerbarhet, vilket är förmågan att expandera strategiskt utan att skapa defekter i själva strukturen. Kamrava beräknar den funktionella tillämpningen av strukturer baserat på deras smidighet.

"Till exempel, om du vill skicka en stor struktur till rymden, det kommer att bli dyrt, " sa han. "Så forskare kan designa en utplacerbar struktur som fälls ihop till en mindre volym för resan, men kan expandera tillbaka till sin ursprungliga form när den kommer."

Smarta strukturer är inte robotar, som använder elektronik. Smarta strukturer ändrar helt enkelt sin form baserat på ett svar på en förändring i miljön.

Från start till montering, det tar ungefär ett år att göra en enda smart struktur. Kamrava arbetar med ett team av doktorander och studenter och hans rådgivare Ashkan Viziri, professor i maskin- och industriteknik.

Viziri, som studerar högpresterande material, erkände Kamravas arbetsmoral och innovativa inställning till att skapa origami-inspirerade metamaterial.

"Soroush har gjort ett utmärkt jobb för att se till att han är oberoende, " sa Viziri. "Han tänker alltid på nästa idé och hur han kan utöka det han redan har gjort, vilket jag tror är en kritisk del av allas utbildning vid doktorsexamen. nivå."

En dag, Kamrava hoppas kunna använda origami-inspirerade metamaterial för att skapa smarta strukturer som kan användas för att skörda förnybar energi. Men för nu, han experimenterar fortfarande.

"Smarta material är ett pågående forskningsfält, " sa han. "Enligt min mening, att komma på idén är den bästa delen."