Todos los niños saben de origami. La habilidad de este arte oriental radica en doblar una hoja de papel plana en estructuras diferentes, y en algunos casos muy complejas. También existen ejemplos de origami en el mundo natural. El ala de unla tijereta es una ilustración perfecta: su diseño elaborado es mucho más ingenioso que cualquier estructura hecha por el hombre.
Cuando está abierto, el ala de tijereta se expande diez veces más grande que cuando está cerrada, una de las proporciones de plegamiento más altas del reino animal. El área grande del ala permite que el insecto vuele, mientras que la forma compacta de retracción de las alas permite que la criatura haga un túnelbajo tierra sin dañar sus alas.
El diseño del ala tiene otra característica única; sin embargo, en su estado abierto y bloqueado, el ala permanece rígida sin necesidad de potencia muscular para proporcionar estabilidad. Con solo un "clic", el ala se pliega completamente, sin actuación muscular.
La simulación trae un gran avance
Los investigadores de ETH Zurich y la Universidad de Purdue han estado estudiando el secreto de las alas tipo origami de la tijereta y han creado una estructura artificial que funciona según el mismo principio. Su artículo acaba de aparecer en la revista ciencia .
Para analizar la estructura y función del ala, el autor principal del estudio, Jakob Faber, del grupo de investigación dirigido por André Studart, profesor de materiales complejos en ETH Zurich, en colaboración con el profesor Andrés Arrieta, de la Universidad de Purdue, realizó una simulación por computadora delfunción del ala.
Esto demostró que si el ala operara según el principio clásico del origami, usando pliegues rígidos y rectos con una suma angular de 360 grados en sus intersecciones, la tijereta solo podría doblar su ala hasta un tercio desu tamaño El factor crucial en el diseño del ala del insecto son sus pliegues elásticos, que pueden funcionar como un resorte extensional o giratorio.
Las juntas de las alas están hechas de capas de un biopolímero elástico especial, resilina, cuya disposición y grosor determinan el tipo de resorte. En algunos casos, las funciones extensional y rotacional se combinan en la misma junta.
Faber y sus colegas también examinaron el punto en el ala de la tijereta que es responsable de la estabilidad tanto en el estado abierto como cerrado: la articulación central del ala central. En este punto, los pliegues se cruzan en ángulos que son incompatibles con la rígida teoría del origami"Este punto bloquea el ala en su lugar tanto en su estado abierto como cerrado", enfatiza Faber.
objeto impreso 4D
Los investigadores transfirieron los hallazgos de las simulaciones por computadora a una impresora 3D de múltiples materiales. Esto les permitió fabricar directamente un objeto 4D que comprende cuatro placas de plástico rígidas conectadas entre sí por una junta elástica suave. Las funciones de resorte de los pliegues de conexiónfueron programados en el material para permitirles realizar movimientos extensionales o rotacionales, imitando el modelo biológico.
El ala del insecto es estable cuando está abierta, pero se pliega automáticamente incluso con el toque más ligero.
En el siguiente paso, los investigadores transfirieron el principio a elementos más grandes e imprimieron una pinza de origami de resorte. Esta estructura se pliega, se bloquea y luego puede agarrar objetos sin la necesidad de una actuación externa.
Aplicaciones para viajes espaciales
Los elementos de origami auto plegables impresos en 3D de Faber actualmente solo están disponibles como prototipos. Una aplicación potencial podría ser la electrónica plegable. Otra área es el viaje espacial: velas solares para satélites o sondas espaciales que podrían transportarse dentro de un espacio muy pequeño y luegodesplegado a su tamaño completo en su lugar de uso. Las estructuras de origami bioinspiradas autoblocantes como el ala de tijera ahorrarían espacio, peso y energía, ya que no requieren actuadores o estabilizadores adicionales.
Los investigadores de ETH también pueden imaginar usos más mundanos, como carpas plegables, mapas o inserciones de paquetes. "Una vez que ha desplegado estas cosas, a menudo es imposible doblarlas a su forma original. Si, por otro lado,simplemente se pliega automáticamente, esto ahorraría mucha molestia ", dice Faber, con un aspecto juguetón.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por ETH Zúrich . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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