Johannes Overvelde estaba cursando un doctorado en matemáticas aplicadas en la Universidad de Harvard cuando conoció a Chuck Hoberman, diseñador de Hoberman Sphere, una bola de arco iris plegable para niños. Ambos vivían en Cambridge y tenían intereses similares. Overvelde estaba trabajando en el desarrollo de materiales transformables que pudieran cambiar la rigidez, y Hoberman, un arquitecto que también estudia estructuras cinéticas, había estado pensando en cómo los diferentes materiales podrían asumir las propiedades de su esfera, cambiando de forma al articular en diferentes articulaciones.
El material en acción. (Johannes Overvelde) Tomando prestados fragmentos de la Esfera Hoberman y el concepto de snapología basado en el origami, donde las tiras de papel entrelazadas se unen para crear estructuras rígidas, Overvelde y su equipo en Harvard han creado lo que llaman un metamaterial: una estructura expansible que puede usarse en su propio, o como un bloque de construcción para crear otras estructuras. Los cubos atenuados, que tienen tres grados de articulación, están hechos de láminas de polímero delgadas que se pliegan, pero también pueden aparecer de diferentes maneras, como la Esfera Hoberman. Al conectarlo a una manguera neumática, un usuario puede inflar un cubo para crear una estructura 3D más grande. Overvelde dice que el material tiene numerosas aplicaciones, desde stents a nanoescala que se pueden insertar en las arterias y luego expandirse, hasta las paredes, que se abrirían y ventilarían su casa cuando haga calor.
"Si bien la snapología proporciona el punto de partida geométrico para nuestra investigación, nuestro enfoque aquí es la capacidad de plegado de estas estructuras y cómo esto puede conducir a nuevos diseños para metamateriales transformables", escribe Overvelde en un nuevo artículo, publicado en Nature Communications .
Los investigadores comenzaron con modelos en papel, tratando de demostrar que, con la snapología, podían construir algo lo suficientemente sólido como para usarlo en arquitectura.
"Teníamos un modelo de papel que estaba pegado, pero esto era mucho trabajo, y el modelo de papel se rompió después de una semana", dice Overvelde. “Entonces pensamos, '¿podemos llevar esto más a una estructura de ingeniería?' Con el uso de cinta de doble cara y láminas de plástico delgadas cortadas con láser, una más gruesa para las caras y otra más delgada para las bisagras, hicimos estas unidades que podían desplegarse completamente planas, pero tenían grados específicos de libertad que no habíamos visto antes ”.
A partir de ahí, el equipo experimentó con diferentes formas de cambiar la forma de la estructura. Decidieron que la activación neumática, que era precisa y fácil de incorporar al pasar las mangueras de aire a través de los cubos, les permitiría usar una estructura de la mejor manera posible. La forma cambia dependiendo de qué parte de la estructura se llena de aire. "Cualquier estructura que hagamos con este dispositivo será reconfigurable", dice.
El cubo se puede comprimir para que quede plano. (Johannes Overvelde) Para Overvelde, la flexibilidad es la parte más importante del concepto. Le gusta pensar en los cubos como un material, en lugar de solo una estructura en sí mismos, porque piensa que gran parte del valor del descubrimiento proviene de las diferentes formas en que se pueden construir.
El cubo de prueba inicial del grupo tenía 50 centímetros cuadrados. Pero la idea es escalable: han construido una silla plegable. Ahora, los investigadores están experimentando para hacer que el mecanismo de inflación sea sensible a las señales ambientales, como la luz o la humedad. En una escala muy pequeña, los cubos pueden actuar como cristales fotónicos, reflejando diferentes longitudes de onda de luz y diferentes colores a medida que cambian de forma.
“Si tienes un ala de mariposa, la estructura le da color. Entonces, si tuviera un dispositivo que quisiera cambiar de color, podría imitarlo ”, dice Overvelde. “Por otro lado, piensas en la aplicación arquitectónica. Si lo hiciste sensible al calor, podrías hacer una pared de esta estructura que se abra y respire. Podrías hacer una estructura que responda al agua, así que cuando llueve, se cierra automáticamente ".
La tecnología podría tener muchas aplicaciones. (Johannes Overvelde) Overvelde ha demostrado que el concepto funciona, y ahora quiere ver cómo se puede aplicar. Además de los cristales fotónicos y la arquitectura móvil, cree que podría usarse para todo, desde dispositivos médicos, que podrían empaquetarse para una fácil inserción en el cuerpo, hasta robots y naves espaciales desplegables.
"Tengo mucha curiosidad por ver cómo otros investigadores lo captarán", dice.
