Los vehículos espaciales como el Falcon 9 de SpaceX están diseñados para ser reutilizables. Pero esto significa que como gimnastas olímpicas que esperan una medalla de oro, tienen que pegar sus aterrizajes.

El aterrizaje es estresante para las piernas de un cohete porque deben manejar la fuerza del impacto con la plataforma de aterrizaje. Una forma de combatir esto es construir piernas con materiales que absorban parte de la fuerza y ​​suavizan el golpe.

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, coches y más allá. Inspirado en el arte de doblar papel del origami, el equipo creó un modelo en papel de un metamaterial que utiliza "pliegues plegables" para suavizar las fuerzas de impacto y, en cambio, promover fuerzas que relajan las tensiones en la cadena. El equipo publicó sus resultados el 24 de mayo en Avances de la ciencia .

"Si usabas un casco de fútbol americano hecho de este material y algo golpeaba el casco, nunca sentirías ese golpe en tu cabeza. Para cuando la energía te alcance, ya no empuja. Está tirando "dijo el autor correspondiente Jinkyu Yang, un profesor asociado de la UW de aeronáutica y astronáutica.

Yang y su equipo diseñaron este nuevo metamaterial para que tuviera las propiedades que querían.

"Los metamateriales son como los Legos. Puedes crear todo tipo de estructuras repitiendo un solo tipo de bloque de construcción, o celda unitaria como la llamamos, ", dijo." Dependiendo de cómo diseñe su celda unitaria, puede crear un material 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 genial para darse cuenta de la celda unitaria, "dijo el coautor Yasuhiro Miyazawa, estudiante de doctorado en aeronáutica y astronáutica de la UW. "Al cambiar el lugar donde introducimos pliegues en materiales planos, podemos diseñar materiales que exhiban diferentes grados de rigidez cuando se pliegan y se despliegan. Aquí hemos creado una celda unitaria que suaviza la fuerza que se siente cuando alguien la empuja, y acentúa la tensión que sigue cuando la célula vuelve a su forma normal ".

Como el origami estos prototipos de celdas unitarias están hechos de papel. Los investigadores utilizaron un cortador láser para cortar líneas de puntos en papel para designar dónde doblar. El equipo dobló el papel a lo largo de las líneas para formar una estructura cilíndrica, y luego pegar tapas acrílicas en cada extremo para conectar las células en una cadena larga.

Los investigadores alinearon 20 células y conectaron un extremo a un dispositivo que empujaba y desencadenaba una reacción a lo largo de la cadena. Usando seis cámaras GoPro, el equipo rastreó la onda de compresión inicial y la siguiente onda de tensión a medida que las celdas unitarias volvían a la normalidad.

La cadena compuesta por las células de origami mostró el movimiento ondulatorio contraintuitivo:aunque la fuerza de empuje compresiva del dispositivo inició toda la reacción, esa fuerza nunca llegó al otro extremo de la cadena. En lugar de, fue reemplazada por la fuerza de tensión que comenzó cuando las primeras celdas unitarias volvieron a la normalidad y se propagaron cada vez más rápido por la cadena. Entonces, las celdas unitarias al final de la cadena solo sintieron la fuerza de tensión que las empujó 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 a los automóviles a obtener mejores resultados en accidentes automovilísticos, "Dijo Yang." Ahora mismo está hecho de papel, pero planeamos hacerlo con un material compuesto. Idealmente, pudimos optimizar el material para cada aplicación específica ".