Los investigadores han creado estructuras dinámicas que saltan al aire en un horario predeterminado sin intervención de computadoras o estímulos externos. Precisamente, cuando estas “metashells” saltan, y cuán altos saltan, se diseña en la estructura física de los materiales. Esta imagen combina fotos liberadas para mostrar una de estas “metashells” saltando al aire desde una superficie nevada. Crédito: Haitao Qing, NC State University
Los investigadores han creado estructuras dinámicas que saltan al aire en un horario predeterminado sin intervención de computadoras o estímulos externos. Precisamente, cuando estas “metashells” saltan, y cuán altos saltan, se diseña en la estructura física de los materiales.
“Hay estructuras que ‘saltar’ inmediatamente cuando se elimina la carga, como cuando se libera un resorte enrollado”, dice Jie Yin, autor correspondiente de un artículo sobre el trabajo y profesor asociado de ingeniería mecánica en la Universidad Estatal de Carolina del Norte.
“Queríamos crear una estructura que no dependa de estímulos externos y nos permita dictar el momento del salto por adelantado. Hemos desarrollado una técnica que nos permite programar con precisión cuando la estructura salta a la acción, ya sea en segundos o horas”.
Para este trabajo, los investigadores crearon estructuras esféricas hechas de hilos de un material llamado tereftalato de polietileno (PET) que están conectados a un patrón de celosía complejo. El diseño de la estructura maximiza la capacidad del material para almacenar energía.
El documento, “Segundos a los días programables, retrasó el roto en el salto de Metashell”, se publica en las Actas de la Academia Nacional de Ciencias. El documento fue coautor de Caizhi Zhou y Fangjie Qi, Ph.D. Estudiantes en NC State.
Días de un día de salto retardado con un reloj de tiempo incorporado
Cuando se aplica una carga a la estructura, se deforma fuera de forma, pero cuando se elimina esa carga, vuelve a su forma original. Sin embargo, PET tiene propiedades de material viscoelástico, lo que significa que no vuelve a su forma original de inmediato.
En cambio, una vez que se retira la carga, el Metashell viscoelástico comienza lentamente “arrastrándose” a su forma original antes de alcanzar un punto crítico, lo que hace que se ajuste el resto del camino de regreso a su forma original de una vez. Y cuanto más larga se aplique la carga a la estructura, más tiempo tarda la estructura en alcanzar ese punto crítico una vez que se elimina la carga.
“El resultado final es que si aplica una carga a nuestra metashell esférica, se comprime en una forma como un botón de flores”, dice Haitao Qing, primer autor del artículo y un Ph.D. Estudiante en NC State.
“Cuando el bote de flores vuelve a la forma esférica, la liberación de energía arroja la estructura al aire. Y puede dictar exactamente cuándo ocurrirá ese salto controlando cuánto tiempo se aplica la carga a la estructura. Esto también controla cuán alto salta el metashell, porque cuanto más larga se aplique la carga, menos alta salta el metashell”.
“Las propiedades del material juegan un papel crítico, y el diseño de la estructura que creamos amplifica esas propiedades”, dice Yin. “El material es viscoelástico y el diseño de la estructura es responsable de almacenar energía elástica, y ambas características son críticas para el rendimiento de esta tecnología”.
En las pruebas, los investigadores demostraron que los saltos podrían programarse de tres segundos a 58 horas de anticipación. Los Metashells podrían saltar hasta nueve veces su altura al aire, o tan solo 0.5 veces su altura, dependiendo de qué tan lejos estaban programados los saltos. Los investigadores también demostraron que las metashells podrían saltar de manera efectiva en una variedad de superficies, desde superficies sólidas hasta arena, nieve o agua, y a temperaturas tan bajas como menos 15 grados centígrados.
Los investigadores también demostraron que las metashells podrían cargarse con carga, como semillas, y dispersarían esos contenidos cuando saltó.
“Para esta prueba, nos inspiramos en la dispersión de semillas explosivas, que vemos en la naturaleza, como la bálsina de los impatiens”, dice Qing. “Mostramos que una metashell de 100 milímetros era capaz de dispersar semillas en un área de 1,5 metros”.
“En el futuro, estamos interesados en explorar materiales biodegradables que funcionen con este diseño e investigar varias aplicaciones potenciales”, dice Yin. “También estamos abiertos a colaborar con otros investigadores o el sector privado sobre formas de hacer uso de esta tecnología”.
Más información: Yin, Jie, Programable Segundos a día de largo Relleno retrasado en Jumping Metashells, Actas de la Academia Nacional de Ciencias (2025). Doi: 10.1073/pnas.2503313122. doi.org/10.1073/pnas.2503313122
Proporcionado por la Universidad Estatal de Carolina del Norte
Cita: Configúrelo y olvídalo: las estructuras autónomas se pueden programar para saltar, días de anticipación (2025, 2 de junio) Recuperado el 2 de junio de 2025 de https://techxplore.com/news/2025-06-autonomous-days-Advance.html
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