Las estructuras desplegables pasan de planas a abovedadas y de rectas a curvas con un pequeño empujón. Crédito:Bertoldi Lab / Havard SEAS
Si alguna vez abrió un paraguas o instaló una silla plegable, ha utilizado una estructura desplegable, un objeto que puede pasar de un estado compacto a uno expandido. Probablemente haya notado que tales estructuras generalmente requieren mecanismos de bloqueo bastante complicados para mantenerlas en su lugar. Y, si alguna vez ha intentado abrir un paraguas al viento o doblar una silla plegable particularmente delicada, usted sabe que las estructuras desplegables de hoy en día no siempre son confiables o autónomas.
Ahora, un equipo de investigadores de la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas (SEAS) de Harvard John A. Paulson ha aprovechado el efecto dominó para diseñar sistemas desplegables que se expanden rápidamente con un pequeño empujón y son estables y bloqueados en su lugar después del despliegue.
La investigación se publica en el procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias ( PNAS ).
"Hoy dia, Las estructuras multiestables se utilizan en una variedad de aplicaciones que incluyen arquitecturas reconfigurables, dispositivos médicos, robots blandos, y paneles solares desplegables para la industria aeroespacial, "dijo Ahmad Zareei, becario postdoctoral en Matemática Aplicada en SEAS y primer autor del artículo. "Generalmente, para desplegar estas estructuras, necesita un proceso de actuación complicado, pero aquí, utilizamos este simple efecto dominó para crear un proceso de implementación confiable ".
Mecánicamente hablando, un efecto dominó ocurre cuando un bloque de construcción multiestable (el dominó) cambia de su estado de alta energía (de pie) a su estado de baja energía (acostado), en respuesta a un estímulo externo como el empuje de un dedo. Cuando se derriba el primer dominó, transfiere su energía a su vecino, iniciando una onda que cambia secuencialmente todos los bloques de construcción de estados de alta a baja energía.
Esta estructura desplegable utiliza los mismos principios que las fichas de dominó que caen para hacer la transición de plano a abovedado. Crédito:Bertoldi Lab / Harvard SEAS
Los investigadores se centraron en un sistema simple de uniones biestables unidas por barras rígidas. Primero demostraron que al diseñar cuidadosamente las conexiones entre los enlaces, las ondas de transición podrían propagarse a través de toda la estructura, transformando la configuración recta inicial en una curva. Luego, usando estos bloques de construcción, El equipo de investigación diseñó una cúpula desplegable que podía emerger desde el plano con un pequeño empujón.
"Ser capaz de predecir y programar este tipo de comportamiento altamente no lineal abre muchas oportunidades y tiene el potencial no solo para transformar superficies y dispositivos reconfigurables, sino también para la propulsión en robótica blanda, lógica mecánica, y absorción de energía controlada, "dijo Katia Bertoldi, el profesor William y Ami Kuan Danoff de Mecánica Aplicada en SEAS y autor principal del estudio.
Con un pequeño empujón estas estructuras desplegables pueden ir de planas a curvas. Crédito:Bertoldi Lab / Harvard SEAS
El laboratorio de Bertoldi también está trabajando para comprender y controlar las ondas de transición en metamateriales mecánicos bidimensionales. En un artículo reciente, también publicado en PNAS , el equipo demostró un sistema 2-D en el que pueden controlar la dirección, forma, y velocidad de las ondas de transición cambiando la forma o rigidez de los bloques de construcción e incorporando defectos en los materiales.
Con un pequeño empujón estas estructuras desplegables pueden ir de planas a curvas. Crédito:Bertoldi Lab / Harvard SEAS
Los investigadores diseñaron materiales en los que las ondas se movían horizontalmente, verticalmente, diagonalmente, circularmente, e incluso se movía de un lado a otro como una serpiente.
"Nuestro trabajo aumenta significativamente el espacio de diseño y la funcionalidad de los metamateriales, y abre un nuevo camino para controlar las deformaciones dentro del material en las ubicaciones y la velocidad deseadas, "dijo Ahmad Rafsanjani, becario postdoctoral en SEAS y co-primer autor del artículo.
"Ondas de transición guiadas en metamateriales mecánicos multiestables" fue coautor de Lishuai Jin, Romik Khajehtourian, Jochen Mueller, Vincent Tournat, y Dennis M. Kochmann.
