Investigadores del departamento de Ingeniería de Microsistemas y Precisión (PME) de TU Delft han diseñado un método de dilatación que se puede aplicar a cualquier superficie curva. Este método universal puede tener una variedad de aplicaciones, incluyendo aparatos médicos para niños, muebles expandibles o stents aórticos. El método fue publicado en Comunicaciones de la naturaleza el 15 de noviembre de 2019.
Hacer un objeto más grande o más pequeño generalmente solo es posible estirándolo, arrugarlo o cambiar su forma de alguna otra manera. Las estructuras que pueden cambiar de tamaño sin cambiar de forma se denominan dilatacionales. Estos dispositivos pueden tener aplicaciones importantes en ingeniería y medicina:piense en stents implantados en arterias humanas, por ejemplo. Los mecanismos de dilatación actuales se limitan a muy pocas formas, principalmente esferas o superficies esféricas. Un ejemplo bien conocido es el juguete infantil basado en la esfera de Hoberman, donde las articulaciones se pliegan hacia el centro de la bola a medida que se contrae. Tales mecanismos tienen la desventaja de que las partes que permiten que el objeto se expanda y contraiga se mueven en ángulo, generalmente perpendicular a la superficie del objeto. Esto significa que a medida que el objeto cambia de forma, las partes mecánicas sobresalen o sobresalen en el volumen cerrado. Eso está lejos de ser ideal para muchas aplicaciones; obstaculizaría el flujo de sangre en el caso de los stents aórticos, por ejemplo.
Triangulación + pantógrafo =dilatación
Freek Broeren y Werner van de Sande, investigadores del Departamento de Ingeniería de Microsistemas y Precisión (PME) de TU Delft, han diseñado un método de dilatación que se puede aplicar a cualquier superficie curva. Usaron triangulación, la visualización de un objeto curvo mediante triángulos colocados por toda la superficie. Las mallas triangulares son una forma eficiente en computación de representar estructuras 3-D en gráficos por computadora. Combinaron este ingenio del siglo XXI con el pantógrafo del siglo XVII, un dispositivo mencionado por primera vez en la literatura en 1653, compuesto por cuatro barras fijadas en un punto y pivotantes en los demás. Se utiliza para ampliar dibujos, por ejemplo. Broeren y Van de Sande utilizaron el concepto de pantógrafo sesgado, un mecanismo específico que se puede utilizar para escalar triángulos.
"El primer paso de nuestro método es triangular la superficie del objeto, "explica Broeren." A continuación, un algoritmo de mosaico reemplaza cada una de las caras triangulares por mecanismos de pantógrafo de tal manera que se evitan colisiones al escalar. Esto hace posible escalar cualquier superficie con un grado de libertad, lo que significa que el movimiento tiene lugar en el mismo plano que la superficie del objeto. Teóricamente podemos escalar estructuras desde su configuración completamente expandida hasta un solo punto ".
Aplicaciones
Broeren y Van der Sanden aplicaron su estrategia a varios ejemplos, incluido el conejito de Stanford, un modelo de prueba de uso común en gráficos por computadora que se desarrolló en 1994 en la Universidad de Stanford. También demostraron que su método se puede aplicar a cualquier superficie. Las aplicaciones pueden incluir aparatos médicos que se pueden expandir para niños en crecimiento, implantes que necesitan adaptarse a algo de movimiento pero mantener su forma, como los stents aórticos, o incluso muebles expandibles.
Su hallazgo también influye en su propia investigación. Werner van de Sande está investigando exoesqueletos que podrían permitir que las personas discapacitadas se muevan. "Estos exoesqueletos pasivos tienen que ser compactos y permanecer cerca del cuerpo durante el movimiento. Agregar escala a la superficie nos da más libertad de diseño para cumplir con ese requisito, "explica Broeren. Él mismo trabaja en métodos de diseño para metamateriales médicos." Puede crear todo tipo de propiedades de materiales combinando materiales duros y blandos. Sin embargo, todavía no hay métodos de diseño para esto. Por eso estoy analizando la mecánica subyacente ".
