Las estructuras basadas en origami se han utilizado para crear paneles solares desplegables para el espacio, sistemas acústicos adaptables para salas sinfónicas e incluso sistemas de protección contra choques para drones voladores.
Ahora los investigadores del Instituto de Tecnología de Georgia han creado un nuevo tipo de origami que puede transformarse de un patrón a otro diferente, o incluso un híbrido de dos patrones, alterando instantáneamente muchas de sus características estructurales.
La investigación, que fue apoyada por la National Science Foundation y se publicará el 19 de abril en la revista Cartas de revisión física , podría desbloquear nuevos tipos de estructuras basadas en origami o metamateriales que aprovechan las características de dos tipos de origami.
"Este origami híbrido permite propiedades mecánicas reprogramables y la capacidad de cambiar esas propiedades mientras el material está en servicio", dijo Glaucio Paulino, profesor de la Escuela Técnica de Ingeniería Civil y Ambiental de Georgia Tech.
Los investigadores comenzaron con dos tipos de patrones de origami: el Miura-ori y el eggbox, los cuales se pueden formar en láminas de patrones repetitivos. El Miura-ori parece filas de zig-zags doblados, mientras que el patrón del eggbox se asemejauna cadena montañosa con picos y valles repetidos
Ambos son capaces de comprimirse en un espacio muy pequeño, pero cuando se expanden se comportan de manera diferente entre sí en cuanto a cómo responden a la flexión. El patrón de caja de huevos se asemeja a una cúpula cuando se dobla, y el Miura-ori toma la forma de una silla de montar.
"Tradicionalmente, si tienes un patrón de huevera, estás encerrado en las características de ese patrón en particular", dijo Paulino, quien también es el Presidente de Ingeniería Raymond Allen Jones en la Escuela de Ingeniería Civil y Ambiental ". Con este nuevopatrón, al que llamamos morph, ese ya no es el caso "
El nuevo patrón de origami logra su capacidad de transformación mediante un rediseño de la geometría de dos de los cuatro planos que comprenden una sección del origami. Al reducir esos dos planos en un lado, permite que sus pliegues cambien de una montaña a unavalle, o en otras palabras, doblar en la dirección opuesta.
Y lo que es más importante, la transición del pico al valle puede ocurrir ya sea que el origami esté formado por un material flexible como el papel o un material rígido como el metal.
Eso significa, por ejemplo, que las estructuras basadas en origami utilizadas para sistemas acústicos, que ya son capaces de expandirse y contraerse para aumentar o disminuir el volumen de la respuesta del sonido, podrían ir un paso más allá, cambiando la forma en que se doblan parapotencialmente ofrece una gama aún mayor de respuestas resonantes. En el ejemplo del sistema de protección contra accidentes de drones, el nuevo patrón de origami podría ofrecer otras opciones de personalización o alterar aspectos de su resistencia al impacto, dijo Paulino.
"Las inversiones de NSF en la investigación fundamental de materiales arquitectónicos han empujado las fronteras y creado estructuras de 'cambio de forma' para aplicaciones en exploración espacial, robótica y medicina", dijo Robert B. Stone, director de la división de Innovación Civil, Mecánica y de Manufactura de NSF.
El nuevo patrón de origami también es capaz de adoptar una estructura híbrida, donde ciertas filas se pliegan en una configuración y otras se pliegan en la otra. En dicha configuración, la estructura exhibiría características de ambos tipos.
"Hay una gran cantidad de combinaciones en términos de cómo se podrían configurar, lo que ofrece muchas posibilidades de personalización para estructuras basadas en el patrón de transformación", dijo Ke Liu, un ex estudiante graduado en Georgia Tech y ahora un postdoctoralerudito en el Instituto de Tecnología de California.
Otra característica única del patrón de transformación es lo que sucede cuando una fila Miura-ori está situada entre dos filas de hueveras. Por lo general, cuando se aplica tensión para separar cualquiera de los patrones, responden cediendo y aplanando su forma. Sin embargo, en esta nueva instancia, el patrón Miura-ori se bloquea en su lugar.
"El bloqueo es muy fuerte, y no hay forma de romper esa sujeción que no sea desgarrar toda la estructura", dijo Phanisri Pratapa, ex becario postdoctoral en Georgia Tech y ahora profesor asistente de ingeniería civil en la IndiaInstituto de Tecnología de Madras.
El bloqueo podría permitir que las estructuras limiten la cantidad de expansión posible y cambien ese límite sobre la marcha, dijo Pratapa.
Esta investigación fue apoyada por la National Science Foundation NSF bajo la subvención CMMI-1538830 y el Presidente Raymond Allen Jones del Instituto de Tecnología de Georgia. El contenido es responsabilidad exclusiva de los autores y no representa necesariamente los puntos de vista oficiales deesas organizaciones.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología de Georgia . Original escrito por Josh Brown. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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