Los componentes elásticos permiten a los ingenieros crear estructuras que respondan de nuevas maneras a la fuerza externa. Crédito: Wright Seners/Princeton University
Los ingenieros de Princeton están retorciendo, estirando y arrugando estructuras para crear un nuevo tipo de origami, uno que cambia su forma y propiedades en respuesta a circunstancias cambiantes. El nuevo método podría ser útil para prótesis, antenas y otros dispositivos.
Cuando un dispositivo necesita caber en un espacio compacto, en una nave espacial o un dispositivo quirúrgico, y luego desarrollarse en una forma intrincada, el origami a menudo proporciona una solución. Pero la mayoría de las formas de origami están bloqueadas en algunos patrones establecidos una vez que se hacen sus pliegues.
Un equipo de Princeton dirigido por Glaucio Paulino quería crear estructuras que reaccionen a un estímulo externo de múltiples maneras, no solo en algunas respuestas estampadas. Para lograr esto, el equipo recurrió a una técnica llamada frustración geométrica.
Una estructura basada en el origami se doblará y se torcerá de ciertas maneras basadas en las propiedades del material de la estructura y su geometría. Cuando los ingenieros evitan ese movimiento natural, lo llaman “frustrante” la estructura. Normalmente, los ingenieros tienen que hacer la frustración, pero en este caso expande su kit de herramientas.
“A veces es deseable la frustración”, dijo Paulino, profesor de ingeniería de Margareta Engman Agustine en Princeton. La frustración permite a los diseñadores hacer que el origami siga los patrones que normalmente no permiten su geometría. “Esto abre muchas posibilidades de cosas que podríamos diseñar que nunca podríamos hacer antes”.
Los componentes elásticos permiten a los ingenieros crear estructuras que respondan de nuevas maneras a la fuerza externa. Crédito: Wright Seners/Princeton University
En un artículo publicado En los procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias, los investigadores describieron cómo agregaron componentes elásticos a las estructuras de origami cilíndricas llamadas células Kresling. Las secciones elásticas actúan como resortes. Al controlar cómo responden los resortes a una fuerza, los investigadores pudieron ejecutar patrones de plegamiento precisos de las celdas que no eran factibles sin los resortes.
Paulino dijo que los resortes permiten a los diseñadores introducir energía interna en la estructura plegada utilizando preestreso. Este preestreso permite que el origami responda de manera que no sean posibles con los materiales ordinarios. Por ejemplo, los ingenieros pueden introducir un resorte de torsión que gira el origami de manera específica; Pueden agregar un resorte a lo largo del eje principal de la estructura que aprieta la estructura en una forma compacta o la estira.
Al combinar células frustradas en pilas, los ingenieros pudieron desarrollar materiales con control fino sobre las propiedades del material como la rigidez. Por ejemplo, una pierna protésica construida con este sistema puede endurecerse para proporcionar apoyo mientras camina sobre una superficie plana pero se reconfigura en un estado más flexible para subir escaleras. Los diseñadores también podrían crear metasurfaces ajustables que se usan en antenas y ópticas.
“Explotar la frustración nos permite reprogramar la mecánica de origami, por ejemplo, convertir el kresling aleatorio plegado en secuencias precisas y controlables y abrir nuevas posibilidades para aplicaciones avanzadas”, dijo Diego Missoni, colaborador de la Universidad de Trento.
“Podemos programar cualquier propiedad mecánica que deseemos, por lo que esto es bastante único”, dijo Tuo Zhao, un investigador postdoctoral en el grupo de Paulino.
El equipo ve un impacto potencial para este tipo de estructura en muchos campos. Este sistema de origami frustrado puede combinarse con otras técnicas y materiales que pueden cambiar a pedido, según Shixi Zang, investigador postdoctoral y primer autor del artículo. Un ejemplo es usar origami frustrado para desarrollar dispositivos modulares receptivos como una sombrilla pasiva que se abre y cierra según la temperatura ambiente.
Más información: Shixi Zang et al, frustración de origami y su influencia en los paisajes energéticos de las asambleas de origami, Actas de la Academia Nacional de Ciencias (2025). Doi: 10.1073/pnas.2426790122
Proporcionado por la Universidad de Princeton
Cita: los ingenieros diseñan estructuras de origami que cambian de forma y rigidez a pedido (2025, 6 de septiembre) Consultado el 6 de septiembre de 2025 de https://techxplore.com/news/2025-09-origami-stiffness-demand.html
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