I materiali mutaforma cambieranno il mondo

L'ossessione di Hoberman per gli oggetti "mutaforma" è iniziata sperimentando pulegge e leve durante i suoi giorni di scuola d'arte negli anni '70. I suoi modelli si piegano in modi prestabiliti. Sono realizzati di qualsiasi materiale avesse a portata di mano quando l'ispirazione lo ha colto

1908

Chuck Hoberman è un inventore, un artista, un tinkerer. È anche un designer, un ingegnere, un innovatore. È stato lui a inventare e produrre diversi giocattoli: la mente dietro la colorata sfera espandibile con cui tanti hanno giocato all’inizio degli anni ’90 è la sua. Il suo lavoro è un connubio tra arte, architettura, design e giocattoli.

I suoi modelli si piegano in modi prestabiliti. Sono realizzati di qualsiasi materiale avesse a portata di mano quando l’ispirazione lo ha colto: carta, cartone piegato, compensato tagliato al laser o fogli di plastica dura.

Uno dei modelli che Hoberman ha realizzato è simile ai gradini di un bulldozer, nera all’esterno e arancione all’interno.

Hoberman la manipola, e come per magia improvvisamente ha i lati triangolari, poi ottaedrici, e infine collassa, diventando piatta. “Ci sono principi geometrici sottostanti che consentono loro di muoversi come fanno”, spiega, capovolgendo la struttura, “e questo è il mio solito punto di partenza. Lavoro da una sorta di lessico geometrico”.

La trasformazione dei modelli è il loro comune denominatore: “Fondamentalmente, ovunque si guardi, le nuvole o qualsiasi altra cosa, tutto si trasforma costantemente e lo fa in modo fluido, fluido e continuo”, spiega Hoberman.

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L’ossessione di Hoberman per gli oggetti “mutaforma” è iniziata sperimentando pulegge e leve durante i suoi giorni di scuola d’arte negli anni ’70. “Sono maniacale a concentrarmi su questo concetto”, afferma.

Il suo lavoro è guidato da grandi e ampie domande: come si trasforma una forma in un’altra? Gli ingegneri che si avvalgono del suo aiuto pongono questa domanda in modo diverso: come può un dispositivo – su qualsiasi scala, dagli organi origami fino a un edificio – essere progettato in modo che muti facilmente da una cosa all’altra?

L’esperienza acquisita da Hoberman lo rende particolarmente attraente per i ricercatori interessati a un tipo di intelligenza artificiale – non del tipo che richiede la scrittura di algoritmi migliori, necessariamente, ma del tipo di intelligenza incorporato nella struttura fisica stessa, un movimento intenzionale.

Hoberman guarda al futuro e ha ideato un nuovo tipo di struttura pieghevole e gonfiabile, che non può svelare nel dettaglio in parte perché non sono ancora pubblicate o brevettate, e in parte perché non sono solo sue.

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I progetti hanno coinvolto ingegneri, robotisti, scienziati informatici, un esperto di origami, matematici e persino biologi. Perseguono quella tipologia di macchine chiamate “robot morbidi” fino ad arrivare agli “habitat pieghevoli” e agli organi stampabili, gonfiabili e sostituibili.

Hoberman per i suoi partner progetta strutture mutaforma per le quali il cambiamento non solo è intenzionale, ma anche necessario, inevitabile e critico per alcune funzioni o dispositivi.

A loro spetta il compito di trovare quella funzione; esplorano i modi per far funzionare le sue forme elementari mappando ogni proprietà geometrica e meccanica per indirizzarne l’utilizzo.

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“Chuck Hoberman abbraccia tutte le discipline: arte, scienza e giocattoli”, afferma Erik Demaine, scienziato informatico del MIT e rinomato esperto di origami.

Hoberman ha creato l’installazione artistica “Ten Degrees” a Cambridge, Mass., che consente ai visitatori di spostare sculture del peso di diverse centinaia di libbre con la stessa facilità con cui potrebbero manipolare il suo famoso giocattolo.

I primi successi di Hoberman – la costruzione di giocattoli, un palcoscenico per gli U2 e una miriade di altri progetti – sono in gran parte il lavoro di una singola persona. Oggi è diventato un esperto di riferimento per i ricercatori che cercano un design intelligente e integrato.

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Nel 2018, ha lavorato con uno studente e biologi marini per sviluppare un aggeggio simile a una rete che si dispiega nell’oceano profondo e intrappola fragili creature marine senza danneggiarle.

Nel 2019, gli ingegneri della Columbia University hanno adattato l’Hoberman Flight Ring, un altro giocattolo, come base per i “robot particellari”, uno sciame di dispositivi inutili se soli che possono muoversi e completare compiti quando lavorano insieme.

Una mostra del 2019 al Cooper Hewitt, Smithsonian Design Museum di New York presentava una “membrana origami” per un organo ingegnerizzato stampato in 3D,

Nel 2017, Hoberman ha fatto parte di un gruppo di progetto interdisciplinare, tra cui Johannes Overvelde e l’ingegnere di Harvard Katia Bertoldi, che ha introdotto una famiglia di strutture riconfigurabili basate sulla ripetizione di schemi matematici chiamati tassellature.

In un editoriale su Nature, un robotista ha definito l’articolo “un algoritmo per l’origami architettonico”, sottolineando che un tale approccio potrebbe portare a dispositivi riconfigurabili che si trasformano per adattarsi ai loro ambienti.

“Non sarebbe successo senza Chuck”, dice Bertoldi, “Non avremmo esplorato questi territori senza essere influenzati dal suo spirito, stile e creatività”.

Bertoldi è un ingegnere, non un inventore, e la sua ricerca si concentra su strutture che ottengono le loro proprietà dal modo in cui sono assemblate. Li chiama “materiali architettonici”, ma altri si riferiscono a loro come “metamateriali“.

Bertoldi e Hoberman iniziano con il Twist-O, una sfera compatta, ma quando giri le X, la cosa si espande nelle tue mani, triplicando meccanicamente il suo volume per diventare una sfera molto più grande, con le X che fungono da impalcatura.

Per l’ufficio brevetti degli Stati Uniti, il giocattolo è una “struttura reticolare doppiamente curva espandibile in modo reversibile”, ma prova a venderla a un bambino. “Twist-O” era più facile da commercializzare. Le sue espansioni e contrazioni sembrano quasi involontarie perché è così che Hoberman l’ha costruito.

Tuttavia, Bertoldi ha osservato che era discreto, il che significa che era composto da molte parti. Voleva invece una versione continua della stessa idea, fatta di un pezzo di materiale. Quindi, questo è quello che ha creato.

Dove un Twist-O ha 26 X e 48 cerniere, la creazione di Bertoldi era una sfera di plastica gonfiabile con 24 fossette e un piccolo ugello, come il foro usato per inserire l’ago di una pompa ad aria in un pallone da basket.

Quando ha usato una siringa per rimuovere l’aria dalla sua creazione, si è accartocciata in un modo specifico per formare una forma nota come rombicubottaedroun solido che ha 24 vertici in cui tre quadrati e un triangolo si uniscono. Perché si deformava, e poiché la forma ricordava un buckyball.

Don Ingber, un pioniere nel campo del design di ispirazione biologica e direttore fondatore del Wyss Institute di Harvard, ha visto il lavoro di Bertoldi e ha insistito perché incontrasse Hoberman, che aveva appena iniziato a insegnare alla Harvard’s Graduate School of Design. Così i due hanno parlato.

Bertoldi afferma che tutti i loro progetti iniziano con l’intuizione. Per elaborare nuovi meccanismi hanno prima bisogno di un concetto geometrico, una sorta di ipotesi meccanica, che sia astratta.

Questi concetti spesso iniziano con la piegatura della carta, il taglio laser della plastica o la realizzazione di cardini. Da lì, cercano di capire come codificare un meccanismo – instabilità, piegatura, crescita, cambiamento di dimensione, gonfiaggio – nella struttura del materiale stesso.

I loro aggeggi non sempre funzionano. “Ci sono molti tentativi ed errori”, afferma Bertoldi. Ma allo stesso tempo, non sono mai a corto di idee. “Ci ispiriamo alla struttura che vedi nel mondo, nella natura. Dobbiamo sempre tenere gli occhi ben aperti.”

Hoberman come studente alla Cooper Union, una scuola d’arte ai margini dell’East Village di Manhattan, ha costruito sculture cinematiche terribilmente complicate: grandi installazioni con parti mobili che, se lo studio fosse abbastanza buio, sembrerebbero dispositivi di tortura.

Hoberman ha progettato anche una casa per lo spazio. Dopo la scuola d’arte – e la scuola di specializzazione alla Columbia, in ingegneria meccanica – è entrato a far parte di Honeybee Robotics, un piccolo gruppo industriale che allora lavorava a SoHo.

A quel tempo, Honeybee si concentrava sui meccanismi per i sistemi hardware a connessione rapida per robot automatizzati;

Con una sovvenzione della NASA, Hoberman ha lavorato con Honeybee per progettare un habitat pieghevole che potesse essere dispiegato nello spazio e congiunto alla Stazione Spaziale Internazionale.

La NASA non ha mai pianificato di costruire il modulo, ma l’agenzia voleva un progetto proof-of-concept che suggerisse le possibilità per l’architettura spaziale. Honeybee ha inoltre progettato alcuni dei bracci robotici e degli strumenti utilizzati per raccogliere e analizzare il suolo dalla superficie di Marte.

Mentre l’anno scorso, Hoberman faceva parte di una squadra che ha ricevuto un’altra sovvenzione della NASA per sviluppare habitat spaziali.

Non ha sempre avuto bisogno di carrucole, funi e piattaforme; si è reso conto molto presto che poteva ottenere la trasformazione nel design attraverso un’attenta pianificazione dei collegamenti.

Il meccanismo giusto – la cerniera, la connessione o il perno giusto – potrebbe ovviare elegantemente alla necessità di parti più ingombranti, più pesanti e in movimento.

Poi, il 1990 ha portato la Hoberman Sphere, che mette in pratica quell’idea: le nervature di plastica della sfera si uniscono in punti precisamente calcolati in modo che, mentre si espandono, formino linee rette che si irradiano verso l’esterno dal centro.

Per le Olimpiadi invernali del 2002 a Salt Lake City, Hoberman ha progettato un gigantesco arco in alluminio che si apriva e si chiudeva come un’iride sul palco delle medaglie. Aveva un diametro di 72 piedi e più di 15.000 libbre di parti mobili.

Nel 2008, è stato contattato dalla band U2 per progettare il gigantesco assemblaggio di schermi video trasformabili che sarebbero stati parte del palco “artiglio”, il fulcro del loro 360 ° World Tour. L’artiglio era un mostro alto più di 50 piedi.

Quando il Mercedes-Benz Stadium, sede degli Atlanta Falcons e della squadra di calcio Atlanta United FC, è stato inaugurato nel 2017, aveva come corona un gigantesco tetto retrattile che Hoberman ha contribuito a progettare.

“Il pensiero è solo un lampo tra due lunghe notti”, dice Hoberman, citando Henri Poincaré dal suo libro del 1905, The Value of Science, “ma questo flash è tutto”. Prende uno dei suoi modelli che sembra un tris esteso in tre dimensioni. Se lo sposta leggermente su un lato, cade piatto, ma è facile ridimensionarlo nella sua forma tridimensionale. Questo è stato uno dei suoi primi esperimenti.

È impossibile prevedere il futuro, ma si è tentati di realizzare queste strutture dure simili a palloncini e immaginare un tempo in cui cose come organi gonfiabili ed edifici pieghevoli e pieghevoli non sono solo possibili, ma sorprendentemente, semplici e persino banali.

Fonte: https://www.discovermagazine.com/technology/shapeshifting-materials-could-transform-our-world-inside-out