Desde paneles solares para misiones espaciales hasta refugios de emergencia y dispositivos médicos, la aplicación del origami en la ingeniería está redefiniendo los límites de lo posible, permitiendo la creación de estructuras desplegables que combinan eficiencia, funcionalidad y estética. Y es que la capacidad de convertir hojas de papel en figuras tridimensionales, que pueden plegarse y desplegarse adaptandose a diferentes necesidades lo hacen perfecto para usarlo como inspiración para responder a los desafíos actuales, donde cada vez necesitamos estructuras más compactas,portables y en algunos casos multifuncionales. En este blog, exploraremos las aplicaciones del origami en campos como medicina, arquitectura, aeroespacial y robótica.
Sobre el origami
El origami, arte de doblar papel, se ha realizado durante siglos, pero hasta hace algunos años los diseños que podían obtenerse eran limitados. Gracias a métodos como el empaquetamiento de círculos y la teoría del árbol, hoy en día logramos doblar cualquier figura que nos imaginemos. Con una simple hoja de papel, podemos crear una variedad infinita de formas tridimensionales, desde figuras simples como grullas y aviones de papel hasta complejas esculturas realistas. Más allá de ser un arte y un pasatiempo, el estudio del origami desde las matemáticas y la ciencia, además de permitir su avance, ha inspirado innovaciones en múltiples campos de la ingeniería.
Sobre las estructuras desplegables
Las estructuras desplegables son aquellas que pueden cambiar significativamente su configuración. Generalmente, pasan de un estado compacto y plegado a un estado completamente desplegado y funcional. Este concepto se aplica en el diseño de estructuras que requieren eficiencia en términos de espacio y funcionalidad, permitiendo que sean fácilmente transportadas y luego desplegadas según sea necesario.
Las estructuras desplegables inspiradas en el origami aprovechan los principios geométricos y mecánicos de este arte para crear soluciones en diversas aplicaciones. Estas estructuras no solo son estéticamente atractivas, sino que también ofrecen ventajas prácticas, principalmente cuando necesitan ser transportadas y empaquetadas de manera eficiente. Lo que comenzó como un arte ha evolucionado para influir en el diseño de estructuras que son vitales en diversos campos, incluyendo la exploración espacial, la robótica y la medicina. Veamos algunas de las aplicaciones.
Aplicaciones del origami en diferentes campos
Aeroespacial
En el ámbito aeroespacial, las estructuras desplegables son esenciales para reducir el tamaño de los componentes durante el lanzamiento y maximizar su funcionalidad una vez en órbita. Ejemplos incluyen paneles solares que se despliegan para capturar energía solar, antenas y reflectores que permiten mejorar las comunicaciones, velas solares y escudos térmicos que protegen las naves espaciales de temperaturas extremas, e incluso hábitats espaciales que permitirián a los astronautas vivir y trabajar en otros cuerpos planetarios.
Hábitat desplegable basado en origami. Fuente: https://unividafup.edu.co/bienestar/desarrollan-habitat-lunar-expandible-basados-en-el-concepto-del-origami/
Arquitectura y construcción
En la arquitectura, el origami permite la creación de estructuras temporales como puentes y refugios que pueden ser desplegados rápidamente en situaciones de emergencia. Además, se utiliza en el diseño de edificios adaptables que pueden responder a cambios ambientales. Por ejemplo, la cubierta o fachada móvil del edificio que se muestra en la imagen que permite reducir la captación solar y por tanto la necesidad de aire acondicionada, al adaptarse según la exposición al sol y a los cambios en los ángulos de incidencia durante los distintos días del año.
Fachada móvil de las Torres Al Bahar / Aedas. Fuente: https://www.designboom.com/architecture/aedas-al-bahar-towers/
Robótica
Los principios del origami se utilizan para diseñar robots ligeros y articulados con una gran movilidad y capacidad de adaptación. Estos robots pueden desplegarse en espacios reducidos y realizar tareas complejas en entornos difíciles, podrían ser usados por ejemplo para ayudar a salvar vidas cuando se presentan desastres naturales.
Medicina
En el campo médico, el origami ha inspirado el diseño de endoprótesis y otros dispositivos que pueden ser implantados en forma compacta y luego expandidos dentro del cuerpo para soportar o desbloquear venas y arterias. Esto hace que se tenga una mínima invasion al cuerpo mientras el dispositivo llega al lugar donde se debe desplegar y cumplir su misión.
Metamateriales
Los metamateriales diseñados con principios de origami poseen propiedades mecánicas que pueden cambiar en respuesta a diferentes condiciones, o que pueden ser diseñadas según los requerimientos. Estos materiales permiten crear dispositivos que pueden adaptarse según las necesidades específicas.
Simulación de origami
Recordemos que en este proyecto, buscamos entender los principios mecánicos que gobiernan los patrones de plegado del origami, con un enfoque particular en su cinemática y comportamiento bajo diferentes condiciones. Nuestro objetivo es desarrollar un modelo matemático que aproxime el comportamiento de estos patrones de plegado, permitiendo su simulación y optimización para diversas aplicaciones. Conoce más acerca de los patrones de origami, su simulación y cómo la combinación de la ciencia y este arte ofrece soluciones en campos tan variados como la ingeniería aeroespacial, la medicina, la robótica, la arquitectura y más. Lee otros artículos aquí.
Imagen portada: https://www.jpl.nasa.gov/edu/learn/project/space-origami-make-your-own-starshade/