Investigadores de matemáticas aplicadas de la Universidad de Harvard han creado estructuras inspiradas en el origami que pueden transformarse de objetos planos a estructuras tridimensionales utilizando la presión del aire.

La tecnología funciona casi como un castillo hinchable, pero una vez que las paredes encajan en su sitio, la presión del aire puede eliminarse y las estructuras pueden conservar su forma. Esto se debe a que los diseños de origami fueron creados para ser biestables o estructuralmente sólidos en dos formas, en este caso, plegados e inflados. La tienda de campaña hinchable forma parte de una colección de estructuras de origami biestables descritas este mes en la revista Nature.

El documento Nature muestra dibujos de varias estructuras de origami a pequeña escala y de dos grandes, un arco que se expande y un refugio retráctil. Las estructuras más pequeñas, que se asemejan a pequeñas estrellas y triángulos, se enfrentan a menos desafíos cuando mantienen su forma inflada. Las estructuras más grandes tienen que luchar más para soportar su propio peso, y las estructuras destinadas a estar en el exterior se enfrentarán al viento y la lluvia.

En lugar de papel, los hinchables se fabrican con piezas precortadas de cartón o plástico. Las piezas planas son resistentes y están conectadas entre sí con bisagras, como una cinta flexible. El equipo pasó años investigando la geometría y los detalles de ingeniería estructural de las estructuras para encontrar configuraciones lo suficientemente flexibles como para expandirse cuando se bombea aire en ellas y lo suficientemente fuertes como para mantener su forma cuando se retira la presión del aire.

"Hay que diseñar cuidadosamente su barrera energética, y ésa es la esencia del juego de ingeniería", explica a Wired la autora principal y especialista en mecánica aplicada de Harvard, Katia Bertoldi. "Nos llevó tres años llegar realmente al fondo del asunto para averiguar el análisis geométrico y la parte experimental: cómo construirlo".

Las mejores bisagras emitieron un clic audible cuando alcanzaron su estado de inflado estable, que Bertoldi compara con la sensación de una pulsera de presión de los años 90 que se encaja en su sitio, explica a Wired.Una vez resueltas las bisagras, el equipo creó su primera estructura de gran tamaño: un arco de dos pies de alto y cinco de ancho que se derrumba en un elegante arco de ocho pulgadas de alto y 12 de ancho.

La estructura de la carpa es aún más grande, con unos dos metros de ancho y dos metros de alto. En la demostración del "coche de payaso" del equipo, Melancon saca de la carpa dos mesas, 14 sillas y una bicicleta para mostrar lo grande que es su interior. Pero antes de que la tienda se infle, sólo tiene el tamaño de un colchón doble.

"Se pueden imaginar estos refugios desplegados como parte de la respuesta de emergencia en la zona de la catástrofe", explica Melancon en un comunicado. "Pueden apilarse en plano en un camión y sólo se necesita una fuente de presión para inflarlos. Una vez inflados, puede retirar la fuente de presión y pasar a la siguiente tienda. "

Los investigadores planean ahora estudiar los mejores métodos para fabricar las tiendas y estudiar la durabilidad de las estructuras a lo largo de muchos ciclos de inflado y colapso. Lo ideal sería poder reutilizar las estructuras en muchos lugares, ya que las estructuras de ayuda en caso de catástrofe suelen quedar abandonadas o destruidas, explica a Wired el arquitecto de la Universidad de Clemson Joseph Choma.

"Estoy realmente interesado en la transición de esta investigación básica a la resolución de problemas del mundo real", dice el podcast de Melancon a Nature . "También me interesan estos materiales respetuosos con el medio ambiente. Creo que el origami es una plataforma de diseño realmente buena, pero también me interesa mucho encontrar materiales que puedan ser degradables, que puedan ser reutilizables, que puedan ser reciclables y que sigan teniendo las mismas propiedades.

Para ver más: https://www.youtube.com/watch?v=ufPHlPeGpiI

(Imagen: Imagen cortesía de Benjamin Gorissen / David Melancon / Harvard SEAS)