Aunque quizás no sea tan icónico como la grulla de papel, el origami hypar con sus arcos opuestos y su forma de silla de montar ha sido popular durante mucho tiempo para los artistas que trabajan en la tradición del plegado de papel.
Ahora los investigadores del Instituto de Tecnología de Georgia y la Universidad de Tokio están mirando la forma con el objetivo de aprovechar sus propiedades estructurales, con la esperanza de encontrar formas de aprovechar su biestabilidad para construir dispositivos multifuncionales o metamateriales.
Para un estudio reportado el 17 de septiembre en la revista Comunicaciones de la naturaleza y con el apoyo de la National Science Foundation, los investigadores examinaron primero si el popular patrón de origami que se asemeja al paraboloide hiperbólico geométrico, o hypar, tenía las mismas características físicas que su contraparte geométrica e intentaron entender cómo sus pliegues contribuyen aformación del patrón.
"El paraboloide hiperbólico es un patrón sorprendente que se ha utilizado en diseños arquitectónicos en todo el mundo", dijo Glaucio Paulino, profesor de la Escuela Técnica de Ingeniería Civil y Ambiental de Georgia Tech. "Como patrón de origami, tiene una biestabilidad estructural quepodría aprovecharse para metamateriales utilizados en la captura de energía u otros dispositivos microelectrónicos "
La biestabilidad estructural se refiere a la capacidad del patrón de origami para encontrar un equilibrio en reposo en dos estados diferentes, cuando la forma de la montura se invierte sobre sí misma. Esa capacidad podría permitir que los dispositivos basados en la estructura del origami se reconfiguren para apuntar los arcos en direcciones opuestas en elvolar.
Como cualquier otro origami, el patrón comienza con una hoja de papel plana, que luego se dobla a lo largo de cuadrados concéntricos. Esos pliegues se combinan para tirar de las puntas del papel en direcciones opuestas, formando los arcos opuestos de un paraboloide hiperbólico.
Para comprender más sobre los mecanismos que crean las formas de silla de montar, los investigadores crearon un modelo teórico que podría servir para predecir el comportamiento del origami, y su análisis reforzó la idea de que la estructura exhibía las mismas características de su contraparte geométrica.
"Una de las cosas realmente interesantes que encontramos fue que los pliegues de los cuadrados concéntricos no tenían que ser uniformes en sus desplazamientos para formar el origami hypar", dijo Ke Liu, un ex estudiante graduado en Georgia Tech y ahora unbecario postdoctoral en el Instituto de Tecnología de California. "Por lo tanto, algunos cuadrados podrían estar bastante juntos y otros más separados y aún así la forma general sería un paraboloide hiperbólico".
Sin embargo, los investigadores notaron que la falta de uniformidad en los pliegues alteraría otros aspectos de la estructura, como cuánta energía se necesitaría para llevarla a su forma de hipar.
"Teóricamente, podrías ajustar cada estructura individual de origami hypar cambiando la escala de estos pliegues, y cambiaría la forma en que esa estructura responde a las presiones que la empujan", dijo Liu. "Los diseños futuros para robótica u otros componentes electrónicos podrían utilizar este tipodel comportamiento de rotura "
Los investigadores también doblaron el origami en una serie de cuadrados para que se formaran cuatro patrones de origami hypar en la misma hoja de materia. Un modelo físico mostró que la estructura tiene hasta 32 configuraciones estables diferentes.
"La teselación de hypar con múltiples estados estables tiene aplicaciones prometedoras como metasurfaces e interruptores sensibles al estímulo", dijo Tomohiro Tachi, profesor asociado de la Universidad de Tokio, Japón.
"Este tipo de configuraciones podría sentar las bases para futuras metasuperficies con propiedades reconfigurables y un alto nivel de sintonización", dijo Paulino, quien también es el Presidente de Ingeniería Raymond Allen Jones en la Escuela de Ingeniería Civil y Ambiental.
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Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología de Georgia . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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