El nuevo origami estructural convierte láminas planas en superficies 3D curvas capaces de pasar de flexibles a rígidas. Sus posibles usos abarcan refugios, exoesqueletos, robótica y tecnología espacial.
Morad Mirzajanzadeh y Damiano Pasini, investigadores de la Universidad McGill, en Canadá, han desarrollado un patrón denominado doubly curved lens-box. El estudio, publicado en Nature Communications, presenta un sistema con cables internos cuya tensión permite regular la rigidez después de fabricarlo, sin modificar su forma ni sustituir los materiales.
El patrón de origami combina pliegues curvos, rectos y tendones interiores ajustables
Las estructuras plegables afrontaban hasta ahora una limitación importante. Las superficies suaves y curvadas solían ser demasiado flexibles, mientras que las alternativas resistentes presentaban facetas, aristas y formas difíciles de adaptar.
El nuevo patrón combina células con pliegues curvos y conectores formados mediante pliegues rectos. Esta distribución permite obtener superficies de doble curvatura mucho más suaves, incluidas geometrías semejantes a esferas, toros o recipientes con curvas variables.
Los tendones funcionan como pequeños cables que atraviesan puntos concretos de la estructura. Cuando permanecen flojos, la pieza puede plegarse, comprimirse y cambiar de configuración. Al tensarlos, limitan los movimientos que deformarían la lámina y llevan el conjunto hasta un estado bloqueado capaz de resistir cargas en varias direcciones.
El equipo calculó cada mapa de pliegues mediante geometría diferencial y optimización numérica. Después perforó con láser láminas de cartulina de celulosa y las plegó manualmente para comprobar que las formas diseñadas podían reproducirse físicamente.
Así logra una lámina plegada soportar unas 162 veces su peso
La resistencia no procede únicamente del material. La forma tridimensional de la carcasa distribuye las fuerzas, mientras la curvatura y el pretensado de los tendones reducen la flexión y la torsión que harían ceder una hoja plana.
En los ensayos, un prototipo arqueado alcanzó una relación carga-peso aproximada de 162. La parte de papel pesaba ocho gramos y soportó cuatro veces más carga que otra versión rígida mediante pegamento. Por tanto, el dato acreditado por el estudio es de 162 veces su propio peso.
Las pruebas de flexión también mostraron que la rigidez aumentaba a medida que se tensaban los cables y podía variar varios órdenes de magnitud. La misma pieza atravesó diferentes configuraciones estables antes de quedar fijada como un arco resistente.
Refugios, exoesqueletos y robots podrían aprovechar este origami estructural reprogramable
El transporte en formato plano permitiría reducir el espacio ocupado por refugios de emergencia y otras estructuras desplegables. Los investigadores también señalan posibles usos en exoesqueletos, cascos de protección, tejidos inteligentes, robots que cambian de forma y superficies aerodinámicas reconfigurables.
En medicina, estas superficies podrían adaptarse mejor a la curvatura del cuerpo o de los huesos. La regulación precisa de los tendones también resulta prometedora para robots blandos destinados a espacios reducidos, incluida la cirugía endoscópica.
Por qué este avance todavía no permite levantar edificios con folios comunes
El experimento no utilizó un folio A4 aislado. Los prototipos estaban fabricados con cartulina de 0,21 milímetros, perforaciones realizadas con láser, hilo de nailon y un mecanismo destinado a controlar la tensión de los tendones.
Los autores advierten además de que el diseño puede ampliarse, pero su comportamiento cambia con la escala. La gravedad, las propiedades del material y las imperfecciones de fabricación tendrán mayor importancia en estructuras grandes, por lo que serán necesarias nuevas investigaciones antes de trasladar el sistema a edificios o productos comerciales.