La conformación de globos ya no es solo para niños. Un equipo de investigadores de la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas SEAS John A. Paulson de Harvard ha diseñado materiales que pueden controlar y moldear un globo en formas preprogramadas. El sistemautiliza láminas de kirigami, láminas delgadas de material con cortes periódicos, incrustadas en un dispositivo inflable. A medida que el globo se expande, los cortes en la lámina de kirigami guían el crecimiento, permitiendo la expansión en algunos lugares y restringiéndolo en otros. Los investigadores pudieronpara controlar la expansión no solo globalmente para hacer formas a gran escala, sino localmente para generar pequeñas características.
El equipo también desarrolló una estrategia de diseño inverso, un algoritmo que encuentra el diseño óptimo para el dispositivo inflable kirigami que imitará una forma objetivo al inflarse.
"Este trabajo proporciona una nueva plataforma para dispositivos de transformación de forma que podría soportar el diseño de herramientas médicas innovadoras, actuadores y estructuras reconfigurables", dijo Katia Bertoldi, profesora de mecánica aplicada William y Ami Kuan Danoff de SEAS y autora principal deel estudio.
La investigación se publica en Materiales avanzados .
Un corte individual en una hoja de kirigami contribuye a la forma más grande del globo como un píxel ayuda a formar una imagen en una superficie 2D. Los investigadores descubrieron que al ajustar los parámetros geométricos de estos cortes, podían controlar e incrustar formas complejas.
"Al variar solo dos parámetros de los píxeles, podemos programar todo tipo de formas locas en los globos de kirigami, incluidos los dobleces, giros y expansiones", dijo Antonio Elia Forte, becario postdoctoral en SEAS y coautor de"Nuestra estrategia nos permite diseñar automáticamente un globo transformable a partir de la forma que usted necesita. Es un enfoque ascendente que por primera vez aprovecha la elasticidad del material, no solo la cinemática".
Utilizando estos parámetros, los investigadores desarrollaron un algoritmo inverso que podía mezclar y combinar píxeles de diferente ancho y alto, o eliminar ciertos píxeles por completo, para lograr la forma deseada. Al manipular los parámetros de píxeles individuales, los investigadores pudieron ajustarformas a una escala significativamente más pequeña. Para demostrar esto, programaron un globo para imitar la forma de una calabaza los experimentos se llevaron a cabo alrededor de Halloween completa con las características protuberancias y crestas a lo largo del costado.
"Al controlar la expansión en todos los niveles del globo kirigami, podemos reproducir una variedad de formas objetivo", Lishuai Jin, una estudiante graduada en SEAS y coautora del artículo.
Los investigadores también hicieron globos de kirigami en forma de calabazas, ganchos y jarrones de calabaza, lo que demuestra que el enfoque es lo suficientemente general como para imitar cualquier forma dada.
Luego, las investigaciones apuntan a utilizar estos globos de kirigami como actuadores que cambian de forma para robots blandos. El trabajo sienta las bases para el diseño de estructuras a múltiples escalas: desde dispositivos quirúrgicos micro mínimamente invasivos hasta macro estructuras para exploración espacial.
Esta investigación fue co-escrita por Bolei Deng y Ahmad Rafsanjani. Fue apoyada por la National Science Foundation bajo las subvenciones No. DMR-1420570 y DMR-1922321.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences . Original escrito por Leah Burrows. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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