Des chercheurs de l'Université de l'Illinois à Urbana-Champaign, inspirés par l'art de l'origami, ont développé une nouvelle conception de guide d'ondes pliable qui pourrait être utilisée dans les satellites, leur permettant de rester compacts au lancement et de se déployer en pleine taille une fois dans l'espace. Ces travaux ont été réalisés par le professeur Sining Xin et son équipe d'étudiants diplômés du département de génie aérospatial de la Granger School of Engineering de l'université.
Les guides d'ondes haute puissance traditionnellement utilisés dans les satellites sont souvent constitués de tubes métalliques, dont le poids et la structure rigide peuvent ne pas convenir aux missions spatiales sensibles au poids et à l'encombrement. Pour résoudre ce problème, l'équipe de recherche s'est inspirée des techniques d'origami pour concevoir plusieurs concepts de structures de guides d'ondes flexibles et légères. Ces guides d'ondes déployables peuvent être pliés pour le stockage pendant la phase de lancement, puis se déployer en forme complète une fois dans l'espace.
« Sven Bieren, mon ancien collègue de l'Université d'État de Pennsylvanie, est un expert en électromagnétisme. Il y a quelques années, je lui ai montré certaines de mes structures d'origami de recherche. Il était intéressé et m'a demandé si la technique de l'origami pouvait être utilisée pour des guides d'ondes électromagnétiques déployables. Depuis lors, nous explorons cette idée », a déclaré le professeur Xin. Étant donné que les guides d'ondes courants ont une section rectangulaire, l'objectif de conception de l'équipe était de conserver cette forme une fois déployée pour obtenir des performances similaires.
L'équipe a comparé la structure rectangulaire pliable la plus simple à un sac en papier. Partant de là, les étudiants diplômés Nikhil Ashok et Xiang Yusuo ont conçu une structure en deux parties formant un corps tubulaire pliable et des ports de connexion rectangulaires. Sur cette base, ils ont développé un guide d'ondes origami plus complexe, en forme d'accordéon. Le professeur Xin a noté que le processus de pliage nécessitait de la dextérité, mais que les étudiants ont finalement maîtrisé la méthode.
Pour le prototypage, l'équipe a imprimé les motifs de conception sur de grandes feuilles de papier, les a recouvertes de papier d'aluminium de cuisine et les a pliées en forme. Le professeur Xin a indiqué que pour une utilisation réelle sur un vaisseau spatial, de telles structures pourraient être fabriquées en matériaux durables imprimés en 3D et revêtues de matériaux commerciaux hautes performances comme des films de polyimide.
L'équipe n'a pas conçu au hasard, mais a modélisé et comparé ses créations par rapport à des normes commerciales. Après avoir exploré des conceptions permettant des fonctionnalités plus complexes comme une torsion de 90 degrés, ils ont surmonté des défis techniques grâce à des analyses mécaniques, évitant que les modèles ne se bloquent ou ne se cassent pendant le déploiement. Le professeur Xin a expliqué : « Nous avons constaté que lorsqu'on étire jusqu'à ce que les plis soient complètement à plat, la force générée pourrait les faire éclater. » L'équipe a calculé le nombre optimal d'unités de pliage nécessaires pour atteindre une distance de transmission spécifique tout en restant dans une plage acceptable de perte d'énergie.
Cette technologie, initialement axée sur les applications spatiales, pourrait voir son concept étendu à la transmission d'énergie micro-ondes pour les systèmes terrestres d'alimentation électrique et de communication. Actuellement, l'équipe de recherche a déposé une demande de brevet pour cette conception de guide d'ondes déployable.
Pour plus d'informations : Auteurs : Nikhil Ashok et al., Titre : « Shape-deformable origami electromagnetic waveguides », Publié dans : Communications Engineering (2025). Informations sur la revue : Communications Engineering
