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Miura-ori: La teoría atómica del origami
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Miura-ori-papel-doblado-pájaro

En 1970, un astrofísico llamado Koryo Miura concibió lo que se convertiría en uno de los pliegues más conocidos y bien estudiados del origami: el Miura-ori. El patrón de pliegues forma una teselación de paralelogramos y la estructura completa se contrae y se despliega en un solo movimiento, proporcionando una forma elegante de doblar un mapa. También demostró ser una forma eficiente de empacar un panel solar para una nave espacial, una idea que Miura propuso en 1985 y luego se aplicó en el satélite Space Flyer Unit de Japón en 1995.

De vuelta en la Tierra, el Miura-ori ha seguido encontrando más usos. El pliegue imbuye a una hoja flexible con forma y rigidez, lo que la convierte en un metamaterial prometedor: es decir, un material cuyas propiedades no dependen de su composición sino de su estructura. El Miura-ori también es único en tener lo que se llama una relación negativa de Poisson. Cuando empujas sobre sus lados, la parte superior e inferior se contraerán. Pero ese no es el caso para la mayoría de los objetos. Intenta exprimir una banana, por ejemplo, y un desastre saldrá por sus extremos.

Los investigadores han explorado cómo usar Miura-ori para construir tubos y otras estructuras que podrían tener aplicaciones aeroespaciales, en robótica y arquitectura. Incluso los diseñadores de moda se han inspirado para incorporar Miura-ori en vestidos y bufandas.

Ahora, Michael Assis, físico de la Universidad de Newcastle en Australia, está adoptando un enfoque aparentemente inusual para comprender el Miura-ori y los pliegues relacionados: al verlos a través del lente de la mecánica estadística.

Tradicionalmente, la mecánica estadística trata de dar sentido a las propiedades y comportamientos emergentes que surgen de una colección de partículas, como un gas o las moléculas de agua en un cubo de hielo. Pero los patrones de pliegue también son redes, no de partículas, sino de pliegues. Usando estas herramientas conceptuales normalmente reservadas para gases y cristales, Assis está obteniendo algunas ideas.

Pliegues calientes

En 2014, Evans formó parte de un equipo que estudió lo que le sucede a Miura-ori cuando incluyes algunos defectos. Los investigadores demostraron que invirtiendo unos pliegues, presionando sobre un segmento convexo para hacerlo cóncavo y viceversa, podrían hacer que la estructura sea más rígida. En lugar de ser un defecto, descubrieron que los defectos podrían ser una característica positiva. Solo agregando o quitando defectos, se puede configurar y reconfigurar un Miura-ori para que sea tan rígido como lo desee. Esto llamó la atención de Assis. "Nadie había pensado realmente en los defectos hasta ahora", dijo.

Los defectos aparecen en cristales cuando aumenta la temperatura. En un cubo de hielo, por ejemplo, el calor rompe los enlaces entre las moléculas de agua, formando defectos en la estructura de la red. Eventualmente, por supuesto, la red se rompe completamente y el hielo se derrite.

Del mismo modo, en el análisis de Assis del origami, una temperatura más alta hace que aparezcan defectos. Pero en este caso, la temperatura no se refiere a qué tan caliente o frío es el enrejado; en cambio, representa la energía del sistema. Por ejemplo, al abrir y cerrar repetidamente un Miura-ori, estás inyectando energía en el enrejado y, en el lenguaje de la mecánica estadística, aumentando su temperatura. Esto causa defectos porque el doblado y despliegue constante pueden hacer que uno de los pliegues se doble hacia el lado equivocado.

Caras planas

Si estas conclusiones realmente se aplican al origami del mundo real o no, es tema de debate. Robert Lang, un físico y artista de origami, piensa que los modelos de Assis están demasiado idealizados como para ser de mucha utilidad. Por ejemplo, dijo Lang, el modelo asume que el origami se puede doblar sin problemas incluso con defectos, pero en realidad, los defectos pueden evitar que la hoja se aplaste. El análisis tampoco incorpora los ángulos de los pliegues, ni prohíbe que la hoja se corte consigo misma cuando se pliega, lo que no puede suceder en la vida real. "Esta investigación realmente no está cerca de describir el comportamiento del origami real con estos patrones de pliegue", dijo Lang.

Thomas Hull, matemático de la Universidad de Western New England y coautor del estudio en 2014, admite que la brecha entre la teoría y el diseño de metamateriales y estructuras reales sigue siendo amplia. "Todavía no está claro si un trabajo como el de Michael nos ayudará a darnos cosas que podamos hacer en la práctica", dijo.

Para averiguarlo, los investigadores necesitarán llevar a cabo experimentos para evaluar las ideas de Assis y evaluar si los modelos realmente pueden informar el diseño de las estructuras de origami, o si son modelos de juguete que solo interesan a los teóricos en mecánica estadística. Aún así, este tipo de estudio es un paso en la dirección correcta, dijo Hull. "Estos son los elementos básicos que necesitamos para usar esto de verdad".

Christian Santangelo, físico de la Universidad de Massachusetts, Amherst, quien también colaboró ​​en el documento de 2014, está de acuerdo. No es suficiente que los investigadores aborden el problema de los defectos en el origami, en su opinión espera que este trabajo haga que más personas piensen sobre el problema. "De las personas que realmente están construyendo cosas, no parece estar en su radar", dijo. Ya sea que lo sea o no, la tecnología de origami requerirá una cuidadosa consideración de los defectos. "Estas estructuras", dijo, "no se van a plegar solas".


Baudilio Sosa Mayonga

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Comments

Mercedes Marquez Manota     13 April 2018

Fantástico!

Sierra Lojan Donaldson     11 April 2018

Y pensar que me tomó tiempo aprender a hacer un barquito y aún así se hundía...