La variación de rigidez estampada permite saltos verticales (modo I) y direccionales (modo II). Crédito: MJ Hahm et al., Sci. Adv., 11, 35 (2025)
Los acontecimientos cotidianos como los clips de cabello o el clic en bolígrafos retráctiles cuentan con un fenómeno mecánico conocido como “Snap-through”. Pequeños insectos y plantas como el Venus Flytrap usan hábilmente este efecto de presión para amplificar su fuerza física limitada, liberando rápidamente la energía elástica almacenada para movimientos rápidos y poderosos.
Inspirados en este mecanismo natural, los investigadores de la Universidad de Hanyang han desarrollado un jersey basado en polímeros capaces de saltos verticales y direccionales, activados simplemente por irradiación de luz ultravioleta (UV) uniforme.
Publicado en Science Advances, este estudio Agradece un dilema clásico de ingeniería: cómo hacer que los materiales blandos producen movimientos fuertes y rápidos.
Al igual que tirar de un arco para lanzar una flecha, el material debe doblarse y almacenar energía antes de liberarla para producir un movimiento repentino y poderoso. Demasiada rigidez limita la flexión, mientras que demasiada suavidad debilita la fuerza almacenada.
Dirigido por Jeong Jae (JJ) Wie, profesor de la Universidad de Hanyang, el equipo abordó hábilmente esta “compensación” al introducir patrones de rigidez variable dentro de una sola película de polímero, combinando las fuerzas de materiales rígidos y suaves.
La clave para lograr un movimiento de salto rápido y potente se encuentra en el instante, un fenómeno impulsado por transiciones no lineales en estructuras biestables. Imagine doblar una tira o cuerda elástica al unir lentamente sus extremos. Inicialmente, se curva suavemente hacia arriba, pero de repente, se ajusta a una curvatura completamente invertida.
Esta rápida transición convierte la energía elástica almacenada en energía cinética, impulsando el material hacia arriba a medida que empuja contra el suelo, luego de la tercera ley de acción y reacción de Newton.
Salto fotomecánico de un jersey de doble modo. Crédito: MJ Hahm et al., Sci. Adv., 11, 35 (2025)
Traduciendo este mecanismo de presión al movimiento controlado, el equipo diseñó variaciones de rigidez en un jersey hecho de redes de polímeros cristalinos líquidos. Las regiones blandas permitieron que el material se doblara fácilmente, mientras que las regiones rígidas almacenaron y liberaron energía elástica de manera eficiente.
Al colocar un área rígida en una esquina, el jersey del polímero logró saltos direccionales precisos y giros rápidos. Convencionalmente, el control de la dirección del movimiento en los robots blandos poliméricos requiere señales externas, como la luz angulada o los ajustes geométricos.
En este estudio, sin embargo, los investigadores utilizaron la variación de rigidez estampada para construir asimetría. Esta estrategia permitió que el material se doblara de manera desigual bajo una luz uniforme y libere energía en una dirección, creando giros rápidos.
Mientras tanto, colocando un área rígida en el centro habilitó saltos verticales de registro, alcanzando 49 mm, o aproximadamente 25 veces la longitud del jersey. El centro rígido actuó como un ancla sólida, empujando con fuerza contra el suelo, mientras que las regiones blandas circundantes se doblaron más fácilmente para acumular curvatura y almacenar energía.
Esta combinación permitió una acumulación de energía más fuerte y la posterior liberación, superando la compensación típica entre la rigidez y la flexibilidad para lograr un poderoso salto vertical.
Ampliando aún más su diseño, el equipo extendió la longitud del cuerpo del jersey y adaptó un patrón alterno rígido suave para lograr un saltador de “doble modo”.
Dependiendo de la forma deformada, esta película de polímero único podría saltar vertical o direccionalmente, demostrando una notable versatilidad. Cuando la película se enrolló en una curva más apretada, actuó como una película de los dedos, rompiendo hacia arriba para un fuerte salto vertical.
Por el contrario, una forma más arqueada y alargada permitió que el movimiento de roto viajara gradualmente de un extremo a otro, lo que resultó en un movimiento direccional.
A pesar de su mayor masa corporal, este jersey de doble modo se desempeñó a la par con puentes de modo único especializados para saltos verticales o direccionales. Incluso demostró un cambio rápido entre los dos modos de salto en una secuencia continua, que es un comportamiento rara vez logrado en los robots suaves de salto basados en polímeros.
Mirando hacia el futuro, la estrategia de diseño de este equipo podría conducir a actuadores suaves que no solo se mueven con precisión sino que también ofrecen un movimiento potente y amplificado.
Más información: Min Jeong Hahm et al, variación de rigidez con estampado espacialmente en un jersey activado por la luz para la ruptura de simetría y una alta eficiencia de Snap-through, avances científicos (2025). Doi: 10.1126/sciadv.adx8301
Proporcionado por la Universidad de Hanyang
Cita: el efecto Snap-through ayuda a los ingenieros a resolver la compensación de movimiento de material suave (2025, 1 de septiembre) Recuperado el 1 de septiembre de 2025 de https://techxplore.com/news/2025-09-snap-effectect-soft-material-motion.html
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