Il kirigami è un’antica tecnica giapponese di taglio e piegatura della carta che permette di creare forme tridimensionali. Sebbene sia a tutti gli effetti una forma d’arte, realizzare kirigami è molto più di un semplice esercizio artistico: ogni taglio è una precisa “istruzione”, utile affinché la carta possa essere successivamente piegata per assumere la forma voluta. Galeoni, edifici storici, persone, piante… il kirigami offre la possibilità di dar forma a infinite strutture dinamiche, spaziando da semplici forme geometriche a complesse sculture e modelli architettonici.
La Cattedrale di San Paolo creata con la tecnica del Kirigami. Crediti: Bharath Kishore
Un team di ricercatori guidato dal Politecnico di Montréal, in Canada, ha utilizzato questa tecnica per sviluppare una struttura elastica e deformabile che sfrutta la fisica dell’aria a suo vantaggio. Un oggetto dispiegabile, semplice ed economico da produrre, ideale, a detta degli scienziati, per un’ampia gamma di potenziali applicazioni, dalla consegna di aiuti umanitari all’esplorazione spaziale. Stiamo parlando del concetto di un nuovo tipo di paracadute.
Come descritto nell’articolo “Kirigami-inspired parachutes with programmable reconfiguration”, pubblicato questa settimana su Nature, i ricercatori hanno dimostrato come sia possibile trasformare un semplice disco piatto di materiale plastico in un paracadute stabile, con una struttura che gli consente di riconfigurarsi autonomamente, sotto l’azione del flusso d’aria, semplicemente creando un preciso pattern di tagli sull’oggetto, sfruttando al meglio l’interazione fluido-struttura.
L’innovativo progetto ingegneristico, guidato da David Mélançon e Frédérick Gosselin del Dipartimento di ingegneria meccanica del Politecnico di Montreal, utilizza un semplice disco composto da fogli di vari spessori di polietilene tereftalato (Pet), un materiale plastico utilizzato comunemente negli imballaggi alimentari che rimane elastico anche sotto forti sollecitazioni.
Per produrre il paracadute, gli scienziati hanno inciso questo disco con un laser, creando sulla sua superficie un pattern di tagli in grado di formare delle “alette” interconnesse. Lo schema scelto non è casuale: l’interazione con l’aria – un fenomeno noto come interazione fluido-struttura – forza infatti l’apertura dei tagli, trasformando istantaneamente il disco piatto in un oggetto tridimensionale che genera resistenza aerodinamica.
Nel riquadro (a), una borraccia montata su un paracadute ispirato al kirigami. Nel riquadro (b), l’immagine del dispiegamento del paracadute dopo il lancio da un’altitudine di caduta di 60 metri. In (c), una zoomata del paracadute durante i test di caduta libera. Crediti: Danick Lamoureux et al., Nature, 2025
L’approccio ha permesso di ottenere un paracadute con “riconfigurazione programmabile”, spiegano i ricercatori. Quando il disco viene lasciato cadere, l’interazione con il flusso d’aria fa sì che esso si deformi, passando dalla sua forma piatta a quella tridimensionale simile a un paracadute (riconfigurazione). Inoltre, cambiando lo schema iniziale dei tagli, si può controllare la forma finale che il paracadute assumerà durante la caduta (programmabilità). In pratica, il comportamento del paracadute è determinato in anticipo esclusivamente dallo schema dei tagli, senza bisogno di parti mobili o meccanismi complessi. Il grande vantaggio del metodo è la sua semplicità e il basso costo, che permettono di produrre paracadute in modo rapido ed economico.
«Abbiamo realizzato questi paracadute tramite taglio laser, ma anche una semplice fustellatrice andrebbe bene», spiega Mélançon. «Il loro punto di forza», continua lo scienziato, «è che la struttura si stabilizza rapidamente e non si inclina, indipendentemente dall’angolo di sgancio. Un altro vantaggio è che non ha saldature ed è fissato al carico utile tramite un’unica linea di sospensione, il che ne facilita l’utilizzo e l’apertura. Inoltre, a differenza dei paracadute convenzionali, seguono una traiettoria di discesa balistica rigorosa».
Per validare il loro progetto, i ricercatori hanno sottoposto i paracadute ispirati ai kirigami a una serie completa di test. Per studiarne il comportamento in condizioni di flusso d’aria controllato e misurarne le prestazioni aerodinamiche, sono stati effettuati test in galleria del vento. Utili per misurare quantitativamente le forze aerodinamiche, in particolare la resistenza generata dai diversi design al variare della velocità del flusso d’aria, i test hanno permesso di osservare e classificare le modalità di deformazione del disco, fornendo dati cruciali per comprendere l’interazione fluido-struttura in un ambiente controllato.
Immagine che mostra alcuni paracadute con schemi di taglio diversi nella loro struttura. Crediti: Danick Lamoureux et al., Nature, 2025
Le prove di caduta libera, condotte con lanci di paracadute di varie dimensioni, da pochi centimetri a un metro di diametro, da un drone a 60 metri di quota, sono stati fondamentali per misurare parametri finali come la velocità terminale, la stabilità di caduta, la traiettoria di discesa e la precisione di atterraggio, permettendo di confrontare direttamente il loro comportamento con quelli convenzionali.
Le simulazioni numeriche, infine, hanno permesso di sviluppare modelli computazionali (low-Induced Reconfiguration Model) da utilizzare come strumenti di progettazione utili per ottimizzare la produzione di paracadute senza dover testare fisicamente ogni singolo schema di taglio.
I test hanno prodotto un insieme di dati quantitativi e qualitativi che hanno delineato le prestazioni e i vantaggi di questa nuova tecnologia. I risultati di questi test indicano che i paracadute ispirati al kirigami presentano una velocità di caduta terminale paragonabile a quelli convenzionali, ma a differenza di questi ultimi – che richiedono un angolo di planata per la stabilità verticale e cadono in modo casuale lontano dal bersaglio – cadono sempre vicino al bersaglio, indipendentemente dal loro angolo di rilascio iniziale.
«Il comportamento del paracadute non cambia nemmeno aumentando le dimensioni del carico», dice a questo proposito Gosselin. «Ciò suggerisce che potrebbe essere adattato ad applicazioni più ampie».
Il team di ricerca sta ora lavorando all’identificazione di nuovi pattern di taglio per conferire ai paracadute proprietà diverse e innovative. «Vogliamo modificare gli schemi di taglio per fare in modo che i paracadute scendano con un movimento a spirale o planino prima di cadere. Vorremmo anche poter variare la traiettoria di discesa a seconda del carico utile, in modo che possa essere smistato mentre i paracadute atterrano. Si tratta di un progetto completamente nuovo», conclude Mélançon, «che apre una moltitudine di possibilità di utilizzo».
Per saperne di più:
- Leggi su Nature l’articolo “Kirigami-inspired parachutes with programmable reconfiguration” di Danick Lamoureux, Jérémi Fillion, Sophie Ramananarivo, Frédérick P. Gosselin e David Melancon
Guarda il video (in inglese) sul canale YouTube di Nature: