Origami, el antiguo arte del plegado de papel, pronto puede proporcionar una base para antenas que pueden reconfigurarse para operar a diferentes frecuencias, dispositivos microfluídicos cuyas propiedades pueden cambiar en funcionamiento, e incluso conductos de calefacción y aire acondicionado que se ajustan a la demanda.
Las aplicaciones podrían resultar de tubos de origami reconfigurables y reprogramables desarrollados por investigadores de tres instituciones, incluido el Instituto de Tecnología de Georgia. Al cambiar la forma en que se pliega el papel, el mismo tubo puede tener seis o más secciones transversales diferentes.los modelos ahora se reconfiguran a mano, los actuadores magnéticos o eléctricos podrían hacer los cambios cuando los tubos se usan en aplicaciones del mundo real.
Los tubos se pueden plegar para su envío y fabricarse en una variedad de tamaños, desde la escala nanométrica hasta la escala arquitectónica. Al desarrollar la teoría matemática detrás del plegado, los investigadores pueden diseñar tubos con las propiedades exactas necesarias para los ingenieros eléctricos, civilesingenieros u otros usuarios. Los tubos emplean el patrón Miura-ori, uno de los muchos patrones únicos utilizados en origami.
"Hemos desarrollado un nuevo tipo de tubo de origami que es reconfigurable en muchas secciones transversales diferentes", dijo Glaucio Paulino, profesor de la Facultad de Ingeniería Civil y Ambiental del Instituto de Tecnología de Georgia. "También hemos desarrollado una matemáticateoría que lo acompaña y que nos permite diseñar los tubos y predecir cómo se pueden reconfigurar o reprogramar.
La investigación fue apoyada por la National Science Foundation e informó el 27 de enero en el Actas de la Royal Society A . Además de Paulino, el equipo de investigación incluyó a Evgueni Filipov, un estudiante graduado de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign y el profesor de la Universidad de Tokio, Tomohiro Tachi.
La fabricación de los tubos comienza marcando papel en un dispositivo que se asemeja a una impresora de computadora. Un tipo especial de cortador en el dispositivo sigue el programa de computadora de los investigadores para hacer cortes parcialmente a través del papel pesado controlando la velocidad de corte y la fuerza del cortador.los cortes facilitan el plegado y el pegado de los componentes para hacer los tubos, que se pueden plegar y luego expandir.
La innovación del equipo de investigación fue diseñar pliegues que tienen dos opciones. Un pliegue podría crear una sección de papel que sobresalga del tubo, como una cadena montañosa, y alternativamente puede crear un valle en el tubo. Estas variaciones permitenlas diferentes configuraciones a seleccionar, cada una produciendo una sección transversal ligeramente diferente.
"La sección transversal de cada uno es diferente, el área del tubo es diferente y las propiedades del tubo son diferentes", dijo Paulino. "La capacidad de crear diferentes secciones transversales es crítica, especialmente para aplicaciones de física múltiple comocomo origami desplegable junto con materiales receptivos "
Entre las posibles aplicaciones se encuentran los tubos reconfigurables que podrían transportar energía electromagnética y funcionar como antenas. Diferentes pliegues les permitirían operar a diferentes frecuencias, una aplicación con potencial interés militar y comercial.
"Su teléfono tiene una antena diseñada para funcionar a una frecuencia específica", explicó Paulino. "Si necesitara que el teléfono funcionara a una frecuencia diferente, ahora necesitaría un dispositivo diferente. Con esta capacidad reconfigurable, podríamos obtenerdiferentes configuraciones de antena en el mismo dispositivo con la misma antena de tubo de origami "
Otras aplicaciones podrían variar desde pequeños tubos microfluídicos capaces de cambiar líquidos, hasta aplicaciones de ingeniería y escala arquitectónica en ductos, tuberías e incluso estructuras para proporcionar sombra a los edificios durante las partes más calurosas del año.
Aunque están hechos de papel, los tubos de origami pueden diseñarse para ser bastante fuertes y soportar cargas pesadas, mientras que son fácilmente plegables cuando no están en uso. En aplicaciones prácticas, los tubos estarían hechos de polímeros flexibles u otros materiales.
Las estructuras de Origami se han hecho durante mucho tiempo, pero lo que Paulino sus colaboradores aportan al campo es una comprensión matemática y una teoría que les permite aplicar un enfoque de ingeniería para el desarrollo de las nuevas configuraciones de tubos.
"Tenemos una teoría matemática completa que nos permite ver cuántas secciones transversales permitiría cada tubo", dijo. "La teoría es muy poderosa. Ahora tenemos las matemáticas, la teoría y los prototipos para demostrar las ideas.Podemos programar estos tubos poligonales para crear casi cualquier forma ".
En trabajos futuros, Paulino y sus colaboradores desearían establecer un mecanismo de actuación para volver a desplegar los tubos cuando sea necesario. El sistema podría funcionar utilizando estructuras magnetizadas o por medios electrónicos.
"Estamos trabajando para acoplar estas capacidades reconfigurables con una función programable que nos permita activar los pliegues de forma remota", dijo. "Podríamos cambiar entre las diferentes configuraciones a voluntad".
En septiembre de 2015, el mismo equipo de investigación informó el desarrollo de una nueva configuración de origami de "tubo con cremallera" que hace que las estructuras de papel sean lo suficientemente rígidas como para sostener el peso pero capaces de plegarse para facilitar su envío y almacenamiento.como plástico o metal, para transformar estructuras que van desde muebles y edificios hasta robots microscópicos.
Esta investigación fue parcialmente apoyada por la National Science Foundation NSF bajo la subvención CMMI-1538830. El contenido es responsabilidad exclusiva de los autores y no representa necesariamente los puntos de vista oficiales de la National Science Foundation.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología de Georgia . Original escrito por John Toon. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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