Los vehículos espaciales como el Falcon 9 de SpaceX están diseñados para ser reutilizables. Pero esto significa que, al igual que los gimnastas olímpicos que esperan una medalla de oro, tienen que pegar sus aterrizajes.
El aterrizaje es estresante en las patas de un cohete porque deben manejar la fuerza del impacto con la plataforma de aterrizaje. Una forma de combatir esto es construir patas con materiales que absorban parte de la fuerza y suavicen el golpe.
Los investigadores de la Universidad de Washington han desarrollado una solución novedosa para ayudar a reducir las fuerzas de impacto, para aplicaciones potenciales en naves espaciales, automóviles y más allá. Inspirado por el arte del origami de plegado de papel, el equipo creó un modelo de papel de un metamaterial que usa "plegado"pliegues "para suavizar las fuerzas de impacto y en su lugar promover fuerzas que relajan las tensiones en la cadena. El equipo publicó sus resultados el 24 de mayo en Avances científicos .
"Si usaras un casco de fútbol americano hecho de este material y algo golpeara el casco, nunca sentirías ese golpe en tu cabeza. Para cuando la energía te alcance, ya no está empujando. Está tirando", dijo el correspondienteautor Jinkyu Yang, profesor asociado de aeronáutica y astronáutica de la UW.
Yang y su equipo diseñaron este nuevo metamaterial para tener las propiedades que querían.
"Los metamateriales son como Legos. Puedes hacer todo tipo de estructuras repitiendo un solo tipo de bloque de construcción o celda unitaria como lo llamamos", dijo. "Dependiendo de cómo diseñe su celda unitaria, puede crear unmaterial con propiedades mecánicas únicas que no tienen precedentes en la naturaleza "
Los investigadores recurrieron al arte del origami para crear esta celda unitaria en particular.
"Origami es excelente para realizar la célula de la unidad", dijo el coautor Yasuhiro Miyazawa, estudiante de doctorado de aeronáutica y astronáutica de la Universidad de Washington. "Al cambiar el lugar donde introducimos pliegues en los materiales planos, podemos diseñar materiales que exhiben diferentes grados de rigidez cuandose pliegan y se despliegan. Aquí hemos creado una celda unitaria que suaviza la fuerza que siente cuando alguien la empuja, y acentúa la tensión que sigue cuando la celda vuelve a su forma normal ".
Al igual que el origami, estos prototipos de células unitarias están hechos de papel. Los investigadores utilizaron un cortador láser para cortar líneas punteadas en papel para designar dónde doblar. El equipo dobló el papel a lo largo de las líneas para formar una estructura cilíndrica, y luegotapas acrílicas pegadas en cada extremo para conectar las células en una cadena larga.
Los investigadores alinearon 20 celdas y conectaron un extremo a un dispositivo que empujó y provocó una reacción en toda la cadena. Utilizando seis cámaras GoPro, el equipo rastreó la onda de compresión inicial y la siguiente onda de tensión a medida que las células de la unidad volvieron a la normalidad.
La cadena compuesta por las celdas de origami mostró el movimiento de onda contraintuitivo: aunque la fuerza de compresión del dispositivo inició toda la reacción, esa fuerza nunca llegó al otro extremo de la cadena. En cambio, fue reemplazada por la tensiónfuerza que comenzó cuando las primeras celdas unitarias volvieron a la normalidad y se propagaron cada vez más rápido por la cadena. Por lo tanto, las celdas unitarias al final de la cadena solo sintieron la fuerza de tensión que las empujaba hacia atrás.
"El impacto es un problema que encontramos a diario, y nuestro sistema proporciona un enfoque completamente nuevo para reducir sus efectos. Por ejemplo, nos gustaría usarlo para ayudar a las personas y los automóviles a mejorar en accidentes automovilísticos".Yang dijo: "En este momento está hecho de papel, pero planeamos hacerlo de un material compuesto. Idealmente, podríamos optimizar el material para cada aplicación específica".
Otros coautores son Hiromi Yasuda, un postdoctorado en la Universidad de Pensilvania que completó esta investigación como estudiante de doctorado en aeronáutica y astronáutica de la Universidad de Washington; Efstathios Charalampidis y Panayotis Kevrekidis en la Universidad de Massachusetts; y Christopher Chong en el Bowdoin College. Esta investigaciónfue financiado por la National Science Foundation, la Office of Naval Research y la Washington Research Foundation.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Washington . Original escrito por Sarah McQuate. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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