Ingenieros australianos inventan sistema tubular inspirado en origami que se puede empaquetar plano y desplegarse en materiales de construcción resistentes: Un panel de 1,3 kg puede soportar hasta 75 kg

Actualizado: 25/09/2024

Nuevo sistema inspirado en el origami convierte tubos plegables en materiales de construcción resistentes.

• Tubos plegables, fáciles de transportar y resistentes.
• Auto-bloqueo basado en pliegues curvados.
• Basado en la estructura del bambú.
• Usos en construcción, robótica, y misiones espaciales.
• Algoritmo controla resistencia.
• Mejora en estructuras desplegables y auto-desplegables.
• Menos emisiones y uso de materiales reciclables.
• Expansión de formas y materiales para diversas aplicaciones.

Ingenieros de la Universidad RMIT han diseñado un innovador sistema estructural tubular que puede ser empaquetado en formato plano para facilitar su transporte y luego desplegarse, convirtiéndose en materiales de construcción resistentes. Este avance tecnológico es posible gracias a un sistema de auto-bloqueo inspirado en el origami de pliegues curvos, una técnica que utiliza líneas de pliegue curvadas para doblar materiales, en este caso, tubos.

Inspiración en la naturaleza: El bambú como modelo

Los investigadores principales, el Dr. Jeff (Ting-Uei) Lee y el Profesor Distinguido Mike (Yi Min) Xie, señalaron que el diseño de los tubos se inspira en el bambú, que posee estructuras internas que proporcionan refuerzo natural. «Este sistema de auto-bloqueo es el resultado de un diseño geométrico inteligente«, comentó Lee, de la Escuela de Ingeniería de RMIT.

El diseño no solo optimiza la resistencia, sino que también ofrece soluciones prácticas para la construcción a gran escala. Un panel compuesto de múltiples tubos, con un peso de apenas 1,3 kilogramos, es capaz de soportar fácilmente el peso de una persona de 75 kilogramos. Este tipo de aplicaciones es relevante en sectores donde la ligereza y resistencia son esenciales, como la construcción de refugios temporales o estructuras de emergencia en zonas de desastre.

Este sistema es como un tubo que puedes aplanar para transportarlo fácilmente. Luego, lo despliegas y se vuelve muy fuerte, sin necesidad de herramientas. Está inspirado en el origami y el bambú, que es una planta muy resistente. Se puede usar para construir casas temporales, estructuras en el espacio, o en robots, y es ligero, fácil de transportar y sostenible.

Aplicaciones en múltiples campos

Los tubos plegables ya se utilizan ampliamente en aplicaciones de ingeniería y ciencia, como dispositivos biomédicos, estructuras aeroespaciales, robótica y construcción civil. En el ámbito de la recuperación ante desastres, las construcciones pop-up (desplegables) han sido de particular utilidad debido a su facilidad de montaje y transporte.

El nuevo sistema hace que estos tubos sean más rápidos y fáciles de ensamblar, con la capacidad de transformarse automáticamente en un estado resistente y auto-bloqueado. «Nuestra investigación no solo abre nuevas posibilidades para diseños estructurales innovadores y multifuncionales, sino que también puede mejorar significativamente los sistemas desplegables existentes», agregó Xie.

Innovaciones para el espacio y más allá

Este diseño tiene aplicaciones potenciales en misiones espaciales. Un ejemplo citado por los investigadores es el de los despliegues de paneles solares por parte de la NASA. «Los soportes que utiliza la NASA son tubos que se empaquetan en forma plana antes de desplegarse en el espacio», explicó Lee. «Sin embargo, estos tubos son huecos, por lo que pueden deformarse bajo ciertas fuerzas en el espacio. Con nuestro nuevo diseño, los soportes serían una estructura mucho más fuerte«.

El sistema también podría tener implicaciones en la creación de infraestructuras para asentamientos espaciales o satélites. Al ser estructuras auto-bloqueantes, no requieren mecanismos adicionales ni intervención humana para asegurar su forma, lo que supone un ahorro de recursos y minimiza el riesgo de fallos mecánicos en entornos extremos.

Algoritmo inteligente para optimizar el comportamiento estructural

Una de las claves del éxito de este sistema es un algoritmo inteligente desarrollado por el equipo de investigación, que permite controlar cómo se comporta la estructura bajo diferentes fuerzas mediante la orientación de los tubos. “Con nuestra innovación inspirada en el origami, los tubos no solo son fáciles de transportar, sino que también se vuelven lo suficientemente fuertes como para soportar fuerzas externas durante su uso”, afirmó Xie.

El equipo está actualmente trabajando en mejorar el diseño para expandir la capacidad de auto-bloqueo a diferentes formas de tubos y probar su desempeño bajo diversas fuerzas, como la torsión y la flexión. Además, están explorando nuevos materiales y métodos de fabricación para crear tubos más pequeños y precisos, con aplicaciones que van desde la construcción hasta la robótica avanzada.

Futuras direcciones de investigación

El equipo de la Universidad RMIT continuará refinando el diseño y explorando nuevas posibilidades para su desarrollo. Entre los próximos pasos se incluye la mejora del algoritmo inteligente para hacer los tubos aún más adaptables y eficientes en situaciones del mundo real. Además, están desarrollando tubos que puedan desplegarse por sí mismos sin necesidad de intervención manual, lo que podría revolucionar la forma en que se construyen estructuras en lugares remotos o de difícil acceso.

La investigación completa ha sido publicada en la prestigiosa revista Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), y cuenta con la participación de otros investigadores destacados, como el Dr. Hongjia Lu, el Dr. Jiaming Ma y el Dr. Ngoc San Ha de la Escuela de Ingeniería de RMIT, así como el Profesor Asociado Joseph Gattas de la Universidad de Queensland.

Implicaciones en la sostenibilidad y construcción ecológica

Uno de los aspectos más interesantes de este sistema es su potencial para reducir el impacto ambiental en el sector de la construcción. Los tubos plegables permiten una reducción significativa en el volumen de transporte, lo que se traduce en menores emisiones de dióxido de carbono durante el traslado de materiales. Además, la capacidad de utilizar materiales reciclables o de bajo impacto ecológico en la fabricación de los tubos ofrece una vía para avanzar hacia construcciones más sostenibles.

La posibilidad de construir estructuras resistentes, ligeras y eficientes en recursos también puede contribuir a la creación de viviendas y refugios en comunidades vulnerables, donde la rapidez de montaje y la accesibilidad a materiales ligeros son fundamentales.

El nuevo sistema tubular inspirado en el origami representa un avance prometedor en el diseño de estructuras ligeras, resistentes y fáciles de transportar. Sus aplicaciones son amplias, abarcando desde la construcción civil hasta la exploración espacial, y ofrece una solución sostenible y eficiente para desafíos estructurales complejos. Con futuras investigaciones centradas en la mejora del algoritmo inteligente y el uso de nuevos materiales, el equipo de la Universidad RMIT continúa marcando el camino hacia innovaciones que podrían transformar la manera en que se construyen las infraestructuras en todo el mundo.

Vía www.rmit.edu.au

Ventajas del sistema tubular inspirado en el origami

1. Facilidad de transporte: Al poder empaquetarse en formato plano, ocupa menos espacio, lo que reduce costos y emisiones de CO2 asociados con el transporte.
2. Ligereza: Los materiales son ligeros, permitiendo la construcción de estructuras que sean fáciles de manipular y ensamblar sin maquinaria pesada.
3. Resistencia: A pesar de su ligereza, los tubos pueden soportar grandes pesos gracias a su diseño auto-bloqueante inspirado en el bambú.
4. Versatilidad de uso: Este sistema puede aplicarse en una variedad de sectores, como la construcción civil, aeroespacial, robótica y recuperación en desastres.
5. Auto-bloqueo: Los tubos se despliegan y bloquean en su forma final sin necesidad de mecanismos adicionales o intervención humana, lo que ahorra tiempo y reduce el riesgo de fallos.
6. Sostenibilidad: La capacidad de fabricar estos tubos con materiales reciclables y reducir el volumen de transporte hace que esta tecnología sea más amigable con el medio ambiente.
7. Aplicaciones en el espacio: Puede mejorar estructuras desplegables en misiones espaciales, como los soportes de paneles solares de la NASA, aumentando su resistencia y durabilidad.

Desventajas del sistema tubular inspirado en el origami

1. Costos iniciales de desarrollo: La investigación, desarrollo y la implementación de este tipo de tecnología pueden requerir una inversión significativa, especialmente en sus fases iniciales.
2. Limitaciones en ciertos materiales: Aunque se están explorando nuevos materiales, puede que algunos de ellos no tengan la resistencia o flexibilidad necesarias para soportar condiciones extremas como altas temperaturas o corrosión.
3. Pruebas bajo condiciones extremas: Aún se necesitan pruebas adicionales para verificar cómo se comportan estos tubos bajo fuerzas de torsión, flexión y otras cargas dinámicas que podrían comprometer la estructura.
4. Disponibilidad limitada: Como se trata de una tecnología en desarrollo, su disponibilidad comercial puede ser limitada a corto plazo, y no todas las industrias podrán adoptarla de inmediato.
5. Fabricación especializada: La producción de estos tubos requiere procesos de fabricación específicos y algoritmos inteligentes, lo que puede dificultar su adopción en regiones o industrias con capacidades técnicas limitadas.