El kirigami, una forma de arte tradicional japonés que combina el corte y el plegado del papel, ha encontrado aplicaciones innovadoras en campos como la física, la ingeniería y la ciencia de materiales. En un reciente avance, investigadores de la Universidad de Sichuan y la Universidad McGill han desarrollado un nuevo método para el diseño inverso de estructuras de kirigami, eliminando la necesidad de herramientas computacionales avanzadas y algoritmos numéricos complejos. Este enfoque, detallado en un artículo publicado en Physical Review Letters, promete simplificar el diseño de estas intrincadas estructuras para una variedad de aplicaciones prácticas.
Un enfoque innovador para el diseño de kirigami
Según Damiano Pasini, autor principal del estudio, esta investigación es una extensión natural de trabajos anteriores sobre kirigami. Su colega, Chuan Qiao, exestudiante de doctorado, exploró las interacciones de las conchas delgadas y el modelado anisotrópico del kirigami, lo que llevó a una comprensión más profunda de cómo los parámetros geométricos de los patrones de corte afectan la deformación de estas estructuras.
El equipo se propuso investigar cómo la modificación de la forma de las unidades rotativas en el kirigami podría influir en su deformación, en lugar de ajustar los componentes geométricos de forma individual, como se había hecho anteriormente. Este cambio de enfoque buscaba descubrir si existía una relación física entre la deformación del kirigami y la forma de sus unidades rotativas, estableciendo así un camino intuitivo para el diseño inverso.
Los investigadores identificaron una relación simple entre la tensión aplicada a una unidad rotativa y la deformación de un kirigami triangular. Su método propuesto permite diseñar kirigami de manera inversa aprovechando esta relación directa, facilitando así el proceso de creación de estas estructuras complejas.
Pasini explica que esta relación se basa en el principio de que la tensión de corte aplicada a las unidades rotativas, que se contraen horizontalmente, es opuesta a la tensión de corte del kirigami desplegado, que se expande. Mediante un ajuste geométrico de la forma de las unidades rotativas, se puede lograr un despliegue preciso del kirigami sin recurrir a cálculos numéricos complejos.
El método introducido por el equipo requiere tres elementos clave: la forma contraída de las unidades rotativas, la forma del kirigami desplegado y un mapa que describa la transición entre el kirigami desplegado y su forma contraída. Con estos elementos, se puede programar la deformación de un kirigami a voluntad, proporcionando una herramienta ágil y versátil para los diseñadores.
Para demostrar las capacidades de su método de diseño inverso, los investigadores lograron crear tres tipos diferentes de objetivos de transformación: la forma contraída, la forma desplegada y las trayectorias internas de las unidades rotativas en el kirigami. Este estudio destaca una relación fundamental entre la deformación del kirigami y la forma de sus unidades rotativas, que podría ser utilizada para diseñar estructuras capaces de enfrentar complejos desafíos de ingeniería.
Como concluye Pasini, este trabajo no solo ofrece una nueva perspectiva sobre el diseño de kirigami, sino que también abre la puerta a futuras investigaciones en otros patrones de kirigami, como los cuadriláteros, ampliando así el alcance de sus aplicaciones en el ámbito de la ingeniería y más allá.
