Una nueva investigación analiza cómo la geometría de las conchas se relaciona con la entrada de energía requerida para activar la inestabilidad instantánea.

En la naturaleza, diversos organismos, como el colibrí y la Venus atrapamoscas, utilizan movimientos rápidos para capturar presas, lo que inspira a los ingenieros a crear diseños que funcionan mediante la inestabilidad de las estructuras de caparazón. El chasquido libera rápidamente energía elástica almacenada y no requiere un estímulo aplicado continuamente para mantener una forma invertida en estructuras biestables.

Un nuevo artículo publicado en EPJ E escrito por Lucia Stein-Montalvo, Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental, Universidad de Princeton, y Douglas P. Holmes, Departamento de Ingeniería Mecánica, Universidad de Boston, junto con los coautores Jeong-Ho Lee, Yi Yang, Melanie Landesberg y Harold S Park, examina cómo la restricción del área activa del límite de la estructura permite una gran reducción de su tamaño y disminuye la entrada de energía requerida para activar el comportamiento de apertura en la cubierta para guiar el diseño de estructuras de apertura eficientes.

En el artículo, los autores señalan que la inestabilidad instantánea es un mecanismo particularmente atractivo para dispositivos como actuadores robóticos o músculos mecánicos, dispositivos ópticos e incluso fachadas dinámicas de edificios. Todos estos se basan en una combinación de biestabilidad geométrica y estímulos que inducen el chasquido para funcionar que van desde lo mecánico, como el torque en el juguete de un gorrito saltador de un niño, o no mecánico como temperatura, voltaje, un campo magnético, diferencial crecimiento o hinchazón.

Los investigadores realizaron dos conjuntos de experimentos, uno utilizando la hinchazón residual de los elastómeros de silicona bicapa, un proceso que imita el crecimiento diferencial, el otro utilizando un magnetoelastómero para inducir curvaturas que provocan la ruptura.

Este enfoque basado en la mecánica descubrió una analogía con la capa límite dominada por la flexión en los casquetes esféricos invertidos. Descubrieron que, al igual que con los casquetes esféricos pasivos invertidos, el tamaño de la capa límite está estrechamente relacionado con la estabilidad. Además, el equipo descubrió que la ubicación y el tamaño de la región de flexión impuesta determinan si compite o coopera con la capa límite geométrica, donde el caparazón "quiere" doblarse.

Por lo tanto, los resultados del equipo revelan la mecánica subyacente de la apertura en capas esféricas, lo que ofrece una ruta intuitiva hacia un diseño óptimo para una apertura eficiente. + Explora más

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