Investigadores de la Universidad Estatal de Carolina del Norte han desarrollado materiales que pueden usarse para crear estructuras capaces de transformarse en múltiples arquitecturas diferentes. Los investigadores visualizan aplicaciones que van desde la construcción hasta la robótica.

"El sistema que hemos desarrollado se inspiró en la metamorfosis, "dice Jie Yin, autor correspondiente de un artículo sobre el trabajo y profesor asociado de ingeniería mecánica y aeroespacial en NC State. "Con metamorfosis en la naturaleza, los animales cambian su forma fundamental. Hemos creado una clase de materiales que se pueden utilizar para crear estructuras que cambian su arquitectura fundamental ".

Kirigami es un concepto fundamental para el trabajo de Yin. Kirigami es una variación del origami que implica cortar y doblar papel. Pero mientras kirigami usa tradicionalmente materiales bidimensionales, Yin aplica los mismos principios a los materiales tridimensionales.

El sistema de metamorfosis comienza con una sola unidad de kirigami 3D. Cada unidad puede formar múltiples formas en sí misma. Pero estas unidades también son modulares:pueden conectarse para formar estructuras cada vez más complejas. Debido a que las unidades individuales en sí mismas pueden formar múltiples formas, y puede conectarse a otras unidades de varias formas, el sistema general es capaz de formar una amplia variedad de arquitecturas.

"Piense en lo que puede construir con materiales convencionales, "Yin dice." Ahora imagina lo que puedes construir cuando cada bloque de construcción básico es capaz de transformarse de múltiples formas ".

El laboratorio de Yin demostró previamente un concepto similar, en el que las unidades de kirigami 3D se apilaron unas sobre otras. En ese sistema, las unidades podrían usarse para ensamblar una estructura, pero la estructura también podría desmontarse.

El sistema de metamorfosis implica conectar realmente las unidades kirigami. En otras palabras, una vez que las unidades están conectadas entre sí, no se pueden desconectar. Sin embargo, las estructuras más grandes que crean son capaces de transformarse en múltiples, diferentes arquitecturas.

"Hay dos grandes diferencias entre nuestro primer sistema kirigami y el sistema de metamorfosis, "Yin explica.

"El primer sistema kirigami incluía unidades que podían ensamblarse en arquitecturas y luego desmontarse, lo cual es una ventaja. Sin embargo, cuando se ensamblaron las unidades, la arquitectura no sería capaz de transformarse. Debido a que los lados de la unidad no eran rígidos y estaban fijos en ángulos de 90 grados, la estructura ensamblada podía doblarse y moverse, pero no podía cambiar fundamentalmente su geometría.

"El sistema kirigami de metamorfosis no te permite desmontar una estructura, "Yin dice". Y debido a que los lados de cada unidad cúbica son rígidos y están fijos en ángulos de 90 grados, la estructura ensamblada no se dobla ni flexiona mucho. Sin embargo, la estructura terminada es capaz de transformarse en diferentes arquitecturas ".

En pruebas de prueba de concepto, los investigadores demostraron que el sistema de metamorfosis era capaz de crear muchas estructuras diferentes que son capaces de soportar un peso significativo mientras mantienen su integridad estructural.

Que la integridad estructural es importante, porque Yin piensa que la construcción es una aplicación potencial para el sistema de metamorfosis.

"Si amplía este enfoque, podría ser la base para una nueva generación de materiales de construcción que se pueden utilizar para crear estructuras de despliegue rápido, "Dice Yin." Piense en las unidades médicas que han tenido que ampliarse en poco tiempo durante la pandemia, o la necesidad de refugios de vivienda de emergencia después de un desastre ".

Los investigadores también creen que el sistema de metamorfosis podría usarse para crear una variedad de dispositivos robóticos que pueden transformarse para responder a estímulos externos o realizar diferentes funciones.

"También creemos que este sistema podría usarse para crear una nueva línea de juguetes, en particular juguetes que pueden ayudar a las personas a explorar algunos conceptos fundamentales de STEM relacionados con la física y la ingeniería". Yin dice:"Estamos abiertos a trabajar con colaboradores de la industria para buscar estas y otras aplicaciones potenciales para el sistema".

El papel, "Metamorfosis de materia arquitectónica reconfigurable y reprogramable inspirada en kirigami tridimensional, "se publica en la revista Materiales hoy Física .