La investigación dirigida en la Universidad de Michigan modeló cómo las diferentes estructuras de origami hechas de subunidades trapezoidales (I) respondieron a tensiones como la compresión (II) y el estiramiento (III). Crédito: Nature Communications (2025). Doi: 10.1038/s41467-025-57089-x
El origami, el arte del plegado de papel que se originó en Japón hace siglos, podría abrir una nueva frontera en materiales innovadores, gracias a la investigación dirigida en la Universidad de Michigan.
La investigación se publica en la revista Nature Communications.
Como arte, Origami utiliza técnicas de plegamiento simples para crear diseños intrincados. Ahora, los investigadores están estudiando la técnica como la base de los materiales de próxima generación que se deforman y se “doblan” bajo las fuerzas correctas. Dichos materiales serían útiles en una amplia variedad de aplicaciones, que incluyen zapatillas para correr, stents cardíacos y alas de avión.
“Origami ha recibido mucha atención durante la última década debido a su capacidad para desplegar o transformar estructuras”, dijo James McInerney, autor principal del nuevo estudio que realizó el trabajo como becario postdoctoral en la Universidad de Michigan. McInerney es ahora un asociado de investigación del Consejo de Investigación Nacional en el Laboratorio de Investigación de la Fuerza Aérea.
“Nuestro equipo se preguntó cómo se podrían usar diferentes tipos de pliegues para controlar cómo se deforma un material cuando se aplican diferentes fuerzas y presiones”.
McInerney y sus colegas han introducido una nueva forma de modelar pliegues para comprender mejor cómo pueden controlar las propiedades de un material, lo cual es un problema engañosamente complicado.
En principio, la idea es similar a cómo una pieza de cartón arrugada se pliega más previsible que una pieza virgen que podría abrocharse en cualquier cantidad de maneras bajo presión. Al introducir pliegues, los investigadores pueden sintonizar cómo los materiales responden a la fuerza. Las aplicaciones de ese tipo de control son enormes, dijo McInerney.
“Hay una variedad de escenarios que van desde el diseño de edificios, aviones y embarcaciones navales hasta el empaque y el envío de productos donde tiende a haber una compensación entre mejorar las capacidades de carga y aumentar el peso total”, dijo McInerney. “Nuestro objetivo final es mejorar los diseños de carga agregando pliegues inspirados en origami, sin agregar peso”.
El estudio también incluye a Zeb Rocklin, asesor doctoral de McInerney en el Instituto de Tecnología de Georgia; Xiaoming Mao, profesor de física en la Universidad de Michigan; Glaucio Paulino de la Universidad de Princeton; y Diego Missoni de la Universidad de Trento.
“En términos generales, este origami es un ejemplo de ‘metamateriales’: materiales diseñados donde se logran propiedades novedosas mediante la programación de la estructura en lugar de los ingredientes químicos”, dijo Mao. “La geometría del plegamiento, menos para lograr en la práctica, dura un trozo de papel con propiedades completamente nuevas”.
Debajo del pliegue
Aunque los materiales planos, como las piezas de papel, son bastante fáciles de conceptualizar, sus comportamientos bajo la fuerza son complejos.
“Si tiro en cada extremo de una hoja de papel, es sólido, no se separa”, dijo Rocklin, profesor asociado de física en Georgia Tech. “Pero también es flexible. Puede abrirse y saludar dependiendo de cómo lo mueva. Ese es un comportamiento muy diferente al que podríamos ver en uno sólido convencional y muy útil”.
La introducción de pliegues puede “programar” los materiales para comportarse de cierta manera, pero determinar cómo y cuándo hacer esos pliegues es un desafío, incluso para la física moderna.
“Con estos materiales, a menudo es difícil predecir lo que va a suceder: cómo se deformará el material bajo presión, porque pueden deformarse de muchas maneras diferentes”, dijo Rocklin.
“Las técnicas de física convencionales no pueden resolver este tipo de problema, por lo que todavía tenemos nuevas formas de caracterizar las estructuras en el siglo XXI”.
Al considerar los materiales inspirados en el origami, los físicos comienzan con una hoja plana que está cuidadosamente arrugada para crear una forma tridimensional específica. Pero el método es limitado. Los investigadores solo solo han modelado el plegamiento basado en paralelogramos, que utiliza formas como cuadrados y rectángulos, lo que permite tipos limitados de deformación.
Entonces Rocklin, McInerney y sus colegas recurrieron a trapecios, que tienen solo un conjunto de lados paralelos. La introducción de estas formas más variables hace que este tipo de arrugado sea más difícil de modelar, pero más versátil.
“De nuestros modelos y pruebas físicas, encontramos que las caras trapecosas tienen una clase de respuestas completamente diferente”, dijo McInerney. Y esas respuestas conducen a una nueva funcionalidad, agregó.
Los diseños tenían la capacidad de cambiar su forma de dos maneras distintas: “respirar” expandiéndose y contrayendo de manera uniforme, y “cortando” deformando en un movimiento de torsión.
Sorprendentemente, el equipo también descubrió que parte del comportamiento en el origami basado en paralelogramos se trasladó a su origami trapezoidal, insinuando algunas características que podrían ser universales en todos los diseños.
“Si bien nuestra investigación es teórica, estas ideas podrían darnos más oportunidades sobre cómo podríamos implementar estas estructuras y usarlas”, dijo Rocklin.
“Es un problema muy desafiante, pero la biología y la naturaleza están llenas de sólidos inteligentes, incluidos nuestros propios cuerpos, que se deforman de manera específica y útil cuando es necesario. Eso es lo que estamos tratando de replicar con el origami”.
Más información: James P. McInerney et al, formas fundamentales de grano grueso para caracterizar isometrías de metamateriales de origami basados en trapezoides, Nature Communications (2025). Doi: 10.1038/s41467-025-57089-x
Proporcionado por la Universidad de Michigan
Cita: Origami señala nuevos materiales que ‘respiran’ y giro en el comando (2025, 6 de mayo) Recuperado el 6 de mayo de 2025 de https://techxplore.com/news/2025-05-origami-materials.html
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