Existe una línea muy delgada entre las matemáticas y el arte. Resulta que lo mismo se puede decir de la ciencia de los materiales y el arte del papel.
A primera vista, el patrón plano y en mosaico desarrollado por investigadores no parece especialmente llamativo. Pero, al tirar del pequeño hilo que sobresale por un lado, la cuadrícula se transforma rápidamente en cualquier estructura tridimensional para la que haya sido diseñada. Este nuevo material, inspirado en la técnica japonesa de arte en papel conocida como kirigami, podría tener una amplia gama de aplicaciones, desde dispositivos médicos transportables y robots plegables hasta hábitats espaciales modulares en Marte.
Los investigadores, liderados por el Laboratorio de Ciencias de la Computación e Inteligencia Artificial de MIT, describen el nuevo material en un reciente artículo de ACM Transactions on Graphics.
Algoritmo inspirado en el arte
Para el nuevo material, los investigadores desarrollaron un algoritmo que traduce la estructura 3D proporcionada por los usuarios en una cuadrícula plana de cuadriláteros. Esto imita la forma en que los artistas que practican el kirigami (literalmente, “cortar papel” en japonés) cortan el material de ciertas maneras para “codificarlo con propiedades únicas”, explicaron los investigadores a MIT News.
El mecanismo específico aplicado aquí se conoce como mecanismo auxético, que se refiere a una estructura que se vuelve más gruesa cuando se estira pero más delgada cuando se comprime.
El algoritmo calcula entonces el “camino óptimo del hilo” para minimizar la fricción y conectar los puntos de elevación a lo largo de la superficie, de modo que las cuadrículas se conviertan en la estructura 3D deseada con un solo tirón suave del hilo.
“La simplicidad del mecanismo de actuación en su conjunto es un beneficio real de nuestro enfoque”, dijo Akib Zaman, el autor principal del estudio y estudiante de posgrado en MIT, a MIT News. “Solo tienen que introducir su diseño y nuestro algoritmo se encarga automáticamente del resto”.
La silla que resistió
Después de múltiples simulaciones, el equipo finalmente utilizó su método para diseñar varios objetos de la vida real. Estos incluyeron herramientas médicas como férulas o correctores de postura y estructuras similares a iglúes.
Además, el algoritmo es “agnóstico al método de fabricación”, por lo que los investigadores utilizaron cajas de contrachapado cortadas con láser para crear una silla de tamaño humano completamente desplegable, que resistió al ser utilizada como una silla real, según el artículo.
Sin embargo, es probable que existan “desafíos de ingeniería específicos de la escala” para estructuras arquitectónicas más grandes, señalaron los investigadores en el artículo. Pero el novedoso método es fácil de usar y relativamente accesible, por lo que el equipo está explorando con entusiasmo formas de abordar estos desafíos, además de construir estructuras más pequeñas con esta técnica.
“Espero que la gente pueda utilizar este método para crear una amplia variedad de estructuras desplegables”, dijo Zaman.
