El arte japonés del origami de ori, doblar y kami, papel transforma hojas planas de papel en esculturas complejas. Las variaciones incluyen kirigami de kiri, cortar, una versión del origami que permite cortar y volver a conectar los materiales.usando cinta o pegamento.
Pero si bien ambas formas de arte son una fuente de ideas para la ciencia, la arquitectura y el diseño, cada una tiene limitaciones fundamentales. Los pliegues planos requeridos por el origami dan como resultado una estructura general desbloqueable, mientras que las creaciones de kirigami no se pueden volver a desplegar en su original, estados aplanados debido al adhesivo.
Inspirándose en ambas formas de arte, los investigadores describen un nuevo conjunto de motivos para crear estructuras ligeras, resistentes y plegables con materiales blandos. Estas estructuras kirigami pueden soportar 14.000 veces su peso y, como no requieren adhesivos ni sujetadores,se puede aplanar y plegar fácilmente. Publicado en Revisión física X , el trabajo fue realizado por el estudiante graduado visitante Xinyu Wang y el profesor Randall Kamien de la Universidad de Pensilvania en colaboración con Simon Guest de la Universidad de Cambridge.
Wang, un estudiante de doctorado en la Universidad del Sureste, estaba interesado en estudiar las propiedades mecánicas de las estructuras de origami y kirigami y se acercó a Kamien para iniciar una nueva colaboración. Después de que Wang llegó al laboratorio de Kamien en septiembre de 2018, Kamien preguntóella para probar algunos diseños nuevos usando el conjunto de reglas de su grupo para explorar las estructuras de kirigami.
Poco después, Wang le mostró a Kamien un nuevo diseño para un triángulo kirigami que tenía paredes inclinadas. Kamien se sorprendió inicialmente al ver que Wang había dejado las solapas sobrantes de los cortes en su lugar. "La ruta habitual del kirigami es cortar eso ypéguelo con cinta adhesiva ", dice Kamien. Wang" descubrió que, en esta geometría en particular, puede hacer que las solapas encajen ".
Si bien un solo triángulo no era particularmente fuerte por sí solo, los investigadores notaron que cuando varios estaban dispuestos en un diseño repetitivo, la fuerza que podían soportar era mucho mayor de lo esperado ". Aquí estaba esta estructura que no requería cinta., tuvo recortes y fue realmente fuerte ", dice Kamien." De repente, tenemos este sistema que no habíamos anticipado en absoluto ".
Para descubrir qué hizo que esta geometría fuera tan resistente, Wang hizo varias versiones de diferentes materiales "blandos", incluidos papel, cobre y plástico. También hizo versiones en las que las solapas cortadas se pegaron, cortaron o dañaron. Usando industria-Los científicos descubrieron que la estructura geométrica podía soportar 14.000 veces su propio peso. El diseño triangular inclinado era más fuerte cuando las aletas no estaban dañadas ni perforadas.también más fuerte que el mismo diseño con paredes verticales.
Con la ayuda de Guest, los investigadores se dieron cuenta de que dos desviaciones de las reglas típicas de kirigami del grupo eran clave para la resistencia de la estructura. Cuando las paredes de los triángulos están en ángulo, cualquier fuerza aplicada a la parte superior puede traducirse en compresión horizontal dentro de la estructura.centro del diseño. "Con los verticales, no hay forma de convertir una fuerza hacia abajo en una fuerza lateral sin doblar el papel", dice Kamien. También descubrieron que el papel se superpone al dejar las solapas cortadas en su lugarpermitió que los triángulos presionasen contra sus vecinos, lo que ayudó a distribuir la carga vertical.
Este documento es otro ejemplo más de cómo el kirigami puede usarse como una "herramienta" para científicos e ingenieros, esta vez para crear objetos fuertes y rígidos a partir de materiales blandos ". Descubrimos cómo usar materiales que se pueden doblar y estirar, y de hecho podemos fortalecer estos materiales ", dice Wang. Una posible aplicación podría ser hacer estructuras económicas, livianas y desplegables, como carpas para refugios temporales que sean fuertes y duraderas, pero que también se puedan ensamblar y desmontar fácilmente.
Kamien también imagina este ensamblaje de extensión Kirigami intercalado como una forma de crear muebles en el futuro. "Algún día, irás a IKEA, doblas la caja en los muebles y lo único que hay dentro es el cojín.No necesito ninguno de esos conectores o pequeños tornillos ", dice Kamien.
Gracias al diseño "inspirado" de Wang y la floreciente colaboración de Kamien con Wang y sus asesores Jianguo Cai y Jian Feng, las posibilidades de ideas y diseños futuros son infinitas. "Hubo cosas en este estudio que están totalmente fuera del alcance de lo que unel físico lo sabría ", dice Kamien." Era esta combinación perfecta de lo que yo podía hacer y lo que ella podía hacer ".
Esta investigación fue apoyada por la subvención DMR12-62047 de la Fundación Nacional de Ciencias, una subvención para investigadores Simons de la Fundación Simons, el Consejo de Becas de China y la subvención EP / R014604 / 1 del Consejo de Investigación en Ingeniería y Ciencias Físicas.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Pennsylvania . Original escrito por Erica K. Brockmeier. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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