Los investigadores desarrollaron una estructura que puede cambiar entre formas estables según sea necesario y, al mismo tiempo, es notablemente fácil de producir.
La clave está en una inteligente combinación de materiales básicos.
Durante muchos años, los investigadores han estado tratando de crear estructuras que puedan tomar diferentes formas estables según sea necesario. El objetivo de crear estas estructuras multiestables, como se las conoce, es construir objetos 3D que puedan cambiar de forma una y otra vez según sea necesario.
Esto allanaría el camino para la realización de, por ejemplo, elementos adaptables u objetos grandes que puedan cambiar de forma y ocupar menos espacio durante el transporte.
Pero el avance tardó mucho en llegar. Esto se debe a que las soluciones anteriores eran demasiado complejas de producir y solo se podían remodelar una vez, o requerían un suministro continuo de energía para mantener su nueva forma.
Giada Risso, estudiante de doctorado en el grupo de Materiales Compuestos y Estructuras Adaptativas dirigido por Paolo Ermani en ETH Zurich, presentó recientemente un nuevo enfoque que supera estas deficiencias.
Cómo funciona
“Uno de mis objetivos principales era desarrollar una estructura plana de estabilidad múltiple que fuera fácil de fabricar”, explica. La solución es notablemente simple: implica pegar un marco compuesto plano sobre una película de poliuretano flexible y preestirada.
«Una superficie plana y una abrazadera para estirar previamente la película, eso es básicamente todo lo que se necesita», explica Risso.
Sosteniendo una estructura de esta manera en sus manos, puede doblarla desde su estado plano original a una forma que se mantenga sin ninguna ayuda adicional. Luego puede cambiar su forma nuevamente y la estructura volverá a mantener esta nueva forma por sí sola. Luego puede restaurar la forma original en una maniobra igualmente simple.
Pero, ¿cómo se puede reconfigurar exactamente esta estructura de manera flexible en diferentes estados estables? Risso descubrió que todo depende del material que elijas para tu neumático: “Nuestros mejores resultados fueron con un material compuesto hecho de Fibra de carbon. Esto nos permite producir una estructura que en realidad puede adoptar múltiples estados estables».
Sin embargo, hacer un marco de fibra de vidrio da como resultado formas menos estables. De todos los materiales del marco probados, el acero fue el que peor se desempeñó y no logró producir otra condición estable.
En su artículo, Risso describe una teoría que explica por qué diferentes materiales conducen a resultados tan diferentes.
«Fibra de carbon Es altamente anisotrópico, lo que significa que tiene propiedades muy diferentes a lo largo de los diferentes ejes. En otras palabras, mostrarán diversos grados de rigidez dependiendo de la dirección de su flexión. Esta asimetría es fundamental para crear una forma de estabilidad múltiple”. A diferencia de las fibras de carbono, el acero es isotrópico, por lo que no es adecuado para crear formas de estabilidad múltiple.
El componente principal de la nueva estructura es un elemento cuadrado que se puede ampliar con otros elementos cuadrados según se desee. Dado que cada cuadrado individual puede adoptar una variedad de estados estables, combinarlos da como resultado una gran cantidad de formas posibles.
El siguiente paso de Risso fue equipar una estructura giratoria de 16 cuadrados con lo que se conoce como actuadores neumáticos. Estos funcionan de manera similar a un globo «de un solo lado», en el sentido de que solo se expande en un lado cuando se alimenta aire. Empujar aire hacia los actuadores seleccionados dobla la estructura para crear la forma deseada. A través de una serie de experimentos, Risso pudo demostrar que esto podía recrear los movimientos ondulantes de la larva.
Muchas aplicaciones potenciales
Risso cree que existen muchos usos para tales estructuras, como la fabricación de fachadas de edificios reconfigurables y la robótica. Pero, dice, la mayor atracción es la industria aeroespacial: “Esta industria utiliza Materiales compuestos Se basa en tener materiales compactos que se puedan adaptar fácilmente”. El nuevo enfoque podría usarse para construir antenas o paneles solares que se puedan desarmar y configurar después de llegar al espacio.
Además, el principio se puede aplicar a más de los elementos de una base cuadrada. En otro artículo, Risso demostró que funciona igual de bien para cualquier otro polígono. Esto amplía enormemente la gama de aplicaciones potenciales. «Quién sabe, tal vez usemos estas estructuras para construir formas en forma de cubo que se conviertan en extrañas estructuras 3D en un abrir y cerrar de ojos», dice con una sonrisa.
Con tantas posibilidades, es innegable que este nuevo concepto despierta la imaginación.
“No podré agotar todas las posibilidades porque ahora tengo que concentrarme en terminar mis estudios de doctorado”, dice Risso. Tiene la intención de usar el tiempo restante para resolver algunas otras preguntas de investigación, por ejemplo, basándose en su conocimiento previo en matemáticas aplicadas para determinar qué tan constante es realmente el estado estacionario.
Otro tema importante que desea explorar con más detalle es la velocidad con la que las estructuras cambian de forma.
«En muchas aplicaciones, es importante que la forma no cambie demasiado abruptamente, sino que se mueva de un estado a otro de manera controlada», dice. “Y es por eso que también estamos investigando cómo controlar mejor el proceso de remodelación”.
Finalmente, también hay una pregunta sobre la escala: «Todavía no sabemos cuán pequeños podemos formar los elementos individuales. Si podemos reducir el tamaño de estos elementos a la escala milimétrica, puedo imaginar que podrían ser útiles para uso médico». aplicaciones», dice Risso. «Pero ese tipo de cosas aún está muy lejos».
La búsqueda aparece en ciencia avanzada.
Fuente: Felix Würsten para ETH Zúrich