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Figuras hechas con Origami.
Figuras hechas con Origami. / Fotolia

Origami para las estructuras del futuro

  • investigación

  • Este arte japonés de hacer figuras de papel puede servir a los ingenieros para construir tanto a lo nanotecnológico como lo aeroespacial

El origami es capaz de convertir una hoja de papel en una grulla o una rana, pero los principios que rigen esta técnica japonesa de papiroflexia también se pueden aplicar a la fabricación de un dispositivo de microfluidos, para albergar un test sanguíneo por ejemplo, o para almacenar el panel solar de un satélite en el compartimento de carga de un cohete.

Un equipo de investigadores de la Universidad de Pennsylvania está convirtiendo el kirigami, una variante de este arte que permite, además de doblar, cortar el papel. Para los científicos, que publicaron este estudio en Physical Review Letters, la técnica puede aplicarse igualmente a estructuras en escalas de longitud muy divergentes.

En el estudio, los investigadores ponen las reglas para el plegado y el corte de una red hexagonal en una variedad de formas tridimensionales. Debido a que estas normas garantizan que las proporciones de los hexágonos se mantengan intactas después de ser cortados y pegados, pueden aplicarse a materiales de cualquier tamaño y para cualquier disciplina, desde la nanotecnología a la arquitectura o al sector aeroespacial.

El estudio, absolutamente multidisciplinar, fue realizado por Toen Castle, del departamento de Física y Astronomía, Shu Yang, del departamento de Ciencia de los Materiales y el profesor Randall Kamien, también del Departamento de Física y Astronomía, entre otros.

"Si usted ve una exquisita pieza de origami", dijo Kamien, "puede tener arbitrariamente pequeños pliegues. Nosotros queremos hacer algo mucho más sencillo. Si existen normas para el tamaño de los pliegues y los cortes, podemos hacer que los cálculos se apliquen a cualquier escala de longitud. Podemos hacer canales, puertas, escaleras y otras formas en 3D sin necesidad de saber nada sobre el tamaño de la hoja y luego combinar los bloques de construcción en formas más complejas".

Seis mejor que cuatro

Una red de hexágonos puede parecer una elección extraña como punto de partida, pero tiene ventajas sobre otro mosaico aparentemente más sencillo, como uno hecho con cuadrados. "Los centros conectados de los hexágonos forman triángulos", dijo Castle, "por lo que, si se comienza con una red hexagonal, se obtienen los triángulos de forma gratuita". Es como tener dos redes en una, mientras que si uno utiliza una de cuadrados, sólo puede obtener cuadrados".

"Además", añadió Yang, "es más fácil llenar un espacio con una red hexagonal y pasar de dos dimensiones a tres dimensiones". De ahí que se vean en la naturaleza, en estructuras como los panales.

"Las reglas que hemos obtenido", dijo Kamien, "dicen cómo hacer los cortes, por lo que usted sólo tiene que doblarlas en línea recta para que, cuando los pliegues se junten, los lados sigan teniendo la misma longitud y los centros sigan estando a la misma distancia. Puede que tenga que doblar algunos de los lados para hacer pliegues, pero no tendrá que estirarlos. Eso también significa que toda la estructura se mantendrá rígida cuando haya terminado de plegarse".

Kirigami de grafeno

Es sólo cuestión de escoger los materiales con las propiedades deseadas. "Podemos ir desde materiales a nanoescala, como el grafeno, a materiales para hacer ropa o a los materiales que se ven en una estación espacial o satélite", dijo Yang.

Estas reglas del kirigami también aseguran que los módulos, formas básicas como canales que pueden dirigir el paso de fluidos, se puedan combinar en otros más complejos. Por ejemplo, repetir los pliegues y los cortes puede producir una interfaz de rueda dentada, capaz de bloquearse en diferentes puntos. Esta característica estructural podría, por ejemplo, servir para cambiar el volumen de un canal.

Sin embargo, es para aplicaciones a escala nanométrica donde el kirigami es especialmente atractivo. Aquí son necesarias formas más simples y eficientes. Los materiales de auto-plegado podrían dar una respuesta a algunos de los retos inherentes a fabricar objetos en escalas tan pequeñas.