El método plegable de las estructuras de kiri-origami. Crédito: NPJ Flexible Electronics (2025). Doi: 10.1038/s41528-025-00409-4
La electrónica elástica se usa en teléfonos inteligentes, relojes inteligentes, pantallas curvas y sensores portátiles. Sin embargo, los materiales estirables como los elastómeros tienen un rendimiento eléctrico más bajo que los materiales rígidos como metales o semiconductores, creando una compensación entre flexibilidad y función.
Para superar este desafío, los investigadores han explorado las técnicas de origami y kirigami, plegamiento de papel japonés tradicional (ORI-) y de corte (kiri-), como estrategias para lograr la capacidad de estiramiento, incluso cuando se utilizan materiales electrónicos no estirables. Origami usa bisagras para crear paneles planos y montables rígidos mediante la flexión, mientras que Kirigami presenta hendiduras para la deformación de la estructura completa y es mejor para diseños de gran área. Sin embargo, el kirigami es menos adecuado para el montaje de componentes rígidos.
En un estudio reciente, el profesor Eiji Iwase y el Sr. Nagi Nakamura del Departamento de Mecánica Aplicada e Ingeniería Aeroespacial de la Universidad de Waseda, Japón, desarrollaron una técnica híbrida innovadora utilizando estructuras de origen kiri.
“En este estudio, hemos propuesto una estructura de kiri-origami que incorpora líneas plegables y de corte, combinando las fortalezas de origami y kirigami mientras cancela sus debilidades”, explica Iwase. “Esta estructura permite que los dispositivos electrónicos de gran área de gran unidad, permitan que los componentes electrónicos rígidos se doblen por estiramiento”.
Sus hallazgos fueron publicados en la revista NPJ Electrónica flexible el 5 de junio de 2025.
Se muestra la deformación de la muestra de Kiri-Origami de corte ortogonal mutuo de tipo de doble plegado sin estructuras de tampón y con la extensión uniaxial. La deformación no coincide con la deformación auxética del modelo de origami rígido del diseño. Crédito: NPJ Flexible Electronics (2025). Doi: 10.1038/s41528-025-00409-4
El diseño de Kiri-Origami propuesto presenta un patrón de línea de corte ortogonal mutuo. En este patrón, los paneles de las articulaciones triangulares que consisten en dos líneas plegables actúan como bisagras y conectan dos paneles cuadrados formados por las líneas de corte. Cuando se extiende desde un estado plano, los paneles cuadrados se elevan y giran. Esto abre ranuras entre los paneles, lo que finalmente resulta en una forma de Z alrededor de las bisagras. Esta estructura permite el montaje simultáneo de componentes rígidos y estirarse a una forma objetivo, al tiempo que admite estructuras de gran área y gran número de unidades.
En las estructuras ideales de Kiri-Origami, llamadas estructuras de origen rígido, los paneles no se deforman, y las bisagras giran sin fricción. Sin embargo, para un sustrato electrónico estirable real, la deformación del panel y las fuerzas repulsivas elásticas no pueden pasarse por alto, dando lugar a un “modelo de origami elástico”.
Para investigar estos efectos, los investigadores probaron la deformación de un modelo de origami elástico rectangular utilizando un método de estiramiento simple, donde la muestra se sujeta y se estira de manera uniaxialmente. Observaron que el modelo elástico se deformó de manera diferente al modelo rígido. Descubrieron que esta diferencia ocurre debido a dos factores: primero, los bordes de sujeción en el modelo rígido son bordes libres, mientras que se fijan en el modelo elástico. En segundo lugar, toda la estructura se distorsiona mientras se estira debido a la tensión no uniforme.
Las estructuras de Kiri-Origami combinan los beneficios de Origami y Kirigami, incorporando sus ventajas mientras cancelan sus desventajas, permitiendo el desarrollo de dispositivos electrónicos de alto rendimiento, estirables y grandes de unidades de unidades. Crédito: Profesor Eiji Iwase de la Universidad de Waseda
Para mitigar estos efectos, los investigadores desarrollaron un nuevo método de plegamiento que introduce estructuras de tampón. Las estructuras del tampón son extensiones trapezoidales que conectan todos los bordes de la estructura Kiri-Origami a las abrazaderas. El ancho del borde más corto de las estructuras del tampón es igual al ancho inicial de la estructura Kiri-Origami, mientras que el borde más grande se establece en el ancho estirado objetivo del modelo rígido.
Cuando se aplica una fuerza de tracción, se extiende y se comportan como resortes. Como resultado, toda la estructura se extiende en dos direcciones, coincidiendo con la deformación del modelo rígido mientras mantiene una tensión uniforme.
Los investigadores demostraron esta técnica fabricando una pantalla estirable con más de 500 bisagras y 145 LED. Todas las bisagras podrían plegarse simultáneamente, y el rendimiento del dispositivo se mantuvo antes y después de plegar.
“Nuestro enfoque permite desarrollar dispositivos electrónicos estirables que puedan acomodar formas complejas y no comprometerse en el rendimiento, incluidos los sensores portátiles de alto rendimiento de próxima generación, pantallas curvas y sensores y actuadores flexibles para robots de asistencia humana”, comenta Iwase.
Esta técnica Kiri-Origami ofrece una solución escalable y estructuralmente diseñada para integrar materiales electrónicos de alto rendimiento en dispositivos flexibles y estirables, lo que aprovecha el camino para aplicaciones innovadoras en electrónica, atención médica y robótica.
Más información: Nagi Nakamura et al, estructura de kirigami basada en el estiramiento con líneas plegables para electrones estirables, electrónica flexible NPJ (2025). Doi: 10.1038/s41528-025-00409-4
Proporcionado por la Universidad de Waseda
Cita: Las nuevas estructuras de Kiri-Origami permiten la electrónica elástica de alto rendimiento (2025, 2 de septiembre) Recuperado el 2 de septiembre de 2025 de https://techxplore.com/news/2025-09-kiri- origami-hligh-stretchable.html
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