Los investigadores de AMOLF están estudiando estructuras prismáticas tridimensionales que pueden asumir diferentes formas con el objetivo de producir metamateriales que tengan múltiples propiedades. Los investigadores han encontrado una nueva forma de simular las deformaciones en tales estructuras, y al hacerlo, descubrieron una amplia gama de formas inesperadas. Los resultados se publicarán hoy en la revista científica. Comunicaciones de la naturaleza .

Es una investigación matemática fundamental pero también muy tangible. Sobre el escritorio hay un complejo construcción tipo origami hecha de cuadrados de plástico. Sin embargo, cuando se comprime, se pliega y forma una estructura compacta que se asemeja más a un bloque de departamentos con cuatro torres. La forma que puede asumir la estructura se predice mediante un nuevo método de cálculo desarrollado por los investigadores de AMOLF, Agustín Iniguez-Rabago, Yun li y Bas Overvelde del grupo Soft Robotic Matter.

La estructura es un modelo para un metamaterial mecánico tridimensional, que fue construido a mano por Iniguez-Rabago. Adicionalmente, el material es multiestable, lo que significa que puede retener varias formas sin ejercer fuerza sobre él.

"Es posible que todavía recuerde las llamadas pulseras Slap Wrap que podía colocarse en la muñeca y que eran estables tanto en forma recta como redonda, "dice Overvelde, líder del grupo AMOLF." Las estructuras que hemos investigado muestran un comportamiento similar, pero con muchas más posibilidades ". no todos los materiales con los que trabajan los investigadores pueden entenderse intuitivamente de esta manera, dice Iniguez-Rabago. "Para algunas estructuras, no esperábamos que demostraran un comportamiento multiestable. Me sorprendió que esto simplemente saliera de nuestro nuevo algoritmo informático ".

Mini robots

Los metamateriales tienen propiedades especiales que dependen de su forma además del material del que están hechos. Hay muchas aplicaciones posibles si los investigadores pueden obtener una buena comprensión de cómo la forma determina las propiedades. Estos materiales podrían luego usarse como mini-robots o sistemas para almacenar energía, por ejemplo. "Hemos construido estructuras en la escala de centímetros para comprobar si nuestros cálculos son correctos. Sin embargo, el comportamiento mecánico subyacente también debería ser aplicable a escalas mucho más pequeñas o más grandes, "Dice Overvelde.

Usando su modelo, los investigadores lograron calcular grandes cantidades de modelos tridimensionales. Iniguez-Rabago dice, "Queremos saber cuántas formas estables tiene un determinado diseño. Hasta ahora, la gente a menudo usaba un modelo bidimensional y trataba de describirlo con la mayor precisión posible. Sin embargo, mucho más es posible con nuestro nuevo método de cálculo. Ahora podemos investigar metamateriales tridimensionales que exhiben un comportamiento muy complejo que es difícil de predecir ".

Superficies flexibles

Los investigadores tomaron dos decisiones importantes para realizar las simulaciones. La primera fue flexibilizar un poco las superficies de las estructuras. Esto permitió una transición más fácil de una forma a otra, lo que da como resultado formas más estables por estructura. La segunda opción fue no permitir que la computadora calcule al azar todas las formas posibles, pero solo combinaciones únicas de fuerzas aplicadas en las bisagras. "En cierto sentido, pellizcamos una estructura de varias maneras y observamos si la estructura salta a otra forma; es muy similar a cómo se llevarían a cabo experimentos. "Esto hace que los cálculos sean mucho más simples". Con este enfoque, a veces encontramos más de 100 formas estables para una estructura, "dice Iniguez-Rabago.

Movimiento controlado

Los investigadores verificaron sus simulaciones fabricando las estructuras y realizando experimentos. Ahora, lo llevarán un paso más allá. Moviendo ligeramente una sola bisagra (inflando un solo globo en el modelo), pueden cambiar drásticamente la forma de toda la estructura. "Podemos utilizar esta idea en aplicaciones posteriores, "Explica Iniguez-Rabago." Con materiales sensibles como los hidrogeles, podemos construir una estructura a una escala mucho menor y controlar cómo se mueve. Ese es nuestro objetivo final ".