Un mecanismo de plegado altamente sofisticado empleado por un grupo de insectos durante al menos 280 millones de años estará disponible para una amplia gama de aplicaciones, gracias a un método de diseño desarrollado y probado a través de la investigación multidisciplinaria realizada por ingenieros y paleobiólogos.
Según un artículo publicado en el Actas de la Academia Nacional de Ciencias hoy, los investigadores han recreado los mecanismos de plegado complejos y altamente compactos que se encuentran en las alas de las tijeretas con un método geométrico inspirado en el origami, que tiene aplicaciones potenciales en diferentes campos de la ingeniería.
Las alas posteriores de las tijeretas se pliegan automáticamente debajo de las alas delanteras pequeñas y coriáceas cuando el animal no está en vuelo, empleando un patrón de plegado especializado que reduce el área de la superficie de diez a 15 veces o más dependiendo de la especie. Este es el plegado de ala más compacto que se encuentra eninsectos y le da a las tijeretas una movilidad terrestre incomparable para un insecto volador. Con las alas protegidas y su abdomen completamente flexibles, las tijeretas pueden retorcerse en el suelo y otros espacios estrechos, así como usar sus pinzas traseras características.
A pesar del potencial sobresaliente para la ingeniería del ala de tijereta y sus propiedades únicas, no se ha resuelto un método para diseñar sus patrones de plegado complejos, lo que dificulta las aplicaciones prácticas.
"El método para diseñar nuestro ventilador inspirado en las tijeretas se basa en la capacidad de plegado plano en el modelo de origami, un teorema matemático que explica cómo se pueden plegar los patrones de pliegues para formar una figura plana", explica el autor principal, el Dr. Kazuya Saito, uningeniero de la Facultad de Diseño de la Universidad de Kyushu que se especializa en estructuras desplegables bioinspiradas. "Nuestro ventilador de tijereta puede diseñarse utilizando técnicas de dibujo clásicas, pero también hemos desarrollado y lanzado software que puede automatizar el proceso según los requisitos de la aplicación".
Los requisitos geométricos para el nuevo método de diseño fueron informados por imágenes tomográficas en las alas traseras plegadas de la tijereta.
Los investigadores predicen que su ventilador inspirado en tijeretas verá múltiples aplicaciones para estructuras plegables, de tamaños y materiales variables, en formas altamente compactas que pueden transportarse y desplegarse de manera eficiente. Estos pueden incluir artículos de uso diario como ventiladores o paraguas, comoasí como múltiples estructuras para su uso en arquitectura, ingeniería mecánica y la industria aeroespacial, como alas de drones, reflectores de antenas o paneles de absorción de energía.
Por otro lado, la investigación proporciona nuevos conocimientos sobre la biología evolutiva, ya que el nuevo método de diseño también puede recrear el mecanismo de plegado de alas de parientes de tijereta de 280 millones de años.
"Las alas de las tijeretas modernas muestran poca variación en sus aproximadamente 2.000 especies vivas, con formas y patrones plegables que permanecen notablemente estables a través de la evolución debido a su función especializada", dice el Dr. Ricardo Pérez-de la Fuente, un paleociólogo de insectos de OxfordMuseo Universitario de Historia Natural y coautor de la obra. "Sin embargo, un grupo de insectos extintos hace mucho tiempo, los protelitrópteros, poseían alas en forma de abanico similares a las de las tijeretas, pero lo suficientemente diferentes como para probar la consistencia del nuevométodo de diseño. Nuestro trabajo muestra cómo la paleontología puede ser de interés para aplicaciones prácticas ".
El nuevo método define las restricciones geométricas para que las alas en forma de abanico de ambas tijeretas y sus parientes protelitrópteros en el tiempo profundo permanezcan funcionales. Esto permitió a los investigadores proyectar formas intermedias extintas e hipotéticas entre los dos grupos, arrojando luz sobre la posible evolucióncaminos que podrían haber llevado a las alas sofisticadas de las tijeretas modernas.
Esta investigación representa un esfuerzo multidisciplinario entre ingenieros y biólogos evolutivos de Japón y el Reino Unido. Las muestras del Museo de Historia Natural de la Universidad de Oxford y el Museo de Zoología Comparada Universidad de Harvard proporcionaron datos para construir y probar el método geométrico, destacando elvalor que albergan las colecciones de historia natural, incluso para aplicaciones de vanguardia.
"La naturaleza ha sido siempre una fuente de inspiración eterna", dice el profesor Zhong You, del Departamento de Ingeniería Científica de la Universidad de Oxford y coautor del trabajo. "Las tecnologías bioinspiradas siguen ofreciendo algunas de las formas más eficientes y sostenibles para conocer muchasde los desafíos del futuro "
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Oxford . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencia del diario :
Cita esta página :