Se han utilizado estructuras basadas en origami para crear paneles solares desplegables para el espacio, sistemas acústicos adaptables para salas sinfónicas e incluso sistemas de protección contra choques para drones voladores.

Ahora, los investigadores del Instituto de Tecnología de Georgia han creado un nuevo tipo de origami que puede transformarse de un patrón a otro diferente. o incluso un híbrido de dos patrones, alterando instantáneamente muchas de sus características estructurales.

La investigación, que fue apoyado por la National Science Foundation y se publicará el 19 de abril en la revista Cartas de revisión física , podría desbloquear nuevos tipos de estructuras o metamateriales basados ​​en origami que aprovechan las características de dos tipos de origami.

"Este origami híbrido permite propiedades mecánicas reprogramables y la capacidad de cambiar esas propiedades mientras el material está en servicio, "dijo Glaucio Paulino, profesor de la Escuela de Ingeniería Civil y Ambiental de Georgia Tech.

Los investigadores comenzaron con dos tipos de patrones de origami:el Miura-ori y el eggbox, ambos se pueden formar en hojas de patrones repetidos. El Miura-ori parece filas de zig-zags doblados, mientras que el patrón de caja de huevos se asemeja a una cadena montañosa con picos y valles que se repiten.

Ambos pueden comprimirse en un espacio muy pequeño, pero cuando se expanden se comportan de manera diferente entre sí en cuanto a cómo responden a la flexión. El patrón de la caja de huevos se asemeja a una cúpula cuando se dobla, y el Miura-ori toma la forma de una silla de montar.

"Tradicionalmente, si tienes un patrón de caja de huevos, estás encerrado en las características de ese patrón en particular, "dijo Paulino, quien también es la Cátedra Raymond Allen Jones de Ingeniería en la Escuela de Ingeniería Civil y Ambiental. "Con este nuevo patrón, que llamamos morph, ese ya no es el caso ".

El nuevo patrón de origami logra su capacidad de transformación mediante un rediseño de la geometría de dos de los cuatro planos que componen una sección del origami. Al encoger esos dos planos en un lado, permite que sus pliegues pasen de una montaña a un valle, o en otras palabras, para doblar en la dirección opuesta.

Y lo más importante la transición de pico a valle puede ocurrir si el origami está formado por un material flexible como el papel o un material rígido como el metal.

Eso significa, por ejemplo, que las estructuras basadas en origami utilizadas para los sistemas acústicos, que ya son capaces de expandirse y contraerse para aumentar o disminuir el volumen de la respuesta sonora, podrían ir un paso más allá, cambiando la forma en que se doblan para ofrecer potencialmente una gama aún mayor de respuestas resonantes. En el ejemplo del sistema de protección contra choques de drones, el nuevo patrón de origami podría ofrecer otras opciones de personalización o alterar aspectos de su resistencia al impacto, Dijo Paulino.

"Las inversiones de NSF en la investigación fundamental de materiales arquitectónicos han superado las fronteras y han creado estructuras que 'cambian de forma' para aplicaciones en la exploración espacial, robótica y medicina, "dijo Robert B. Stone, Civil de NSF, Director de la división de Innovación Mecánica y de Fabricación.

El nuevo patrón de origami también es capaz de adoptar una estructura híbrida, donde ciertas filas se pliegan en una configuración y otras se pliegan en la otra. En tal configuración, la estructura exhibiría características de ambos tipos.

"Hay una gran cantidad de combinaciones en términos de cómo se pueden configurar, que ofrece muchas posibilidades de personalización para estructuras basadas en el patrón de transformación, "dijo Ke Liu, un ex estudiante de posgrado en Georgia Tech y ahora un becario postdoctoral en el Instituto de Tecnología de California.

Otra característica única del patrón de transformación es lo que sucede cuando una fila de Miura-ori se sitúa entre dos filas de cajas de huevos. Típicamente, cuando se aplica tensión para separar cualquiera de los patrones, responden cediendo y aplanando su forma. Sin embargo, en esta nueva instancia, el patrón Miura-ori encaja en su lugar.

"El bloqueo es muy fuerte, y no hay forma de romper ese agarre que no sea destrozar toda la estructura, "dijo Phanisri Pratapa, ex becario postdoctoral en Georgia Tech y ahora profesor asistente de ingeniería civil en el Instituto Indio de Tecnología de Madras.

El bloqueo podría permitir que las estructuras limiten la cantidad de expansión posible y cambiar ese límite sobre la marcha, Dijo Pratapa.