Estructuras de carga con la técnica del origami

En la Universidad de Michigan (UoM) se está dando forma a un revolucionario enfoque de ingeniería estructural. Los ingenieros han desbloqueado el potencial del origami para crear estructuras robustas y adaptables capaces de soportar cargas significativas. Este concepto bastante novedoso llamado Modular and Uniformly Thick Origami-Inspired Structure system supone un gran avance en la forma en la que se usan los materiales para construir desde puentes hasta marquesinas de autobús, todo con una eficiencia y flexibilidad sorprendentes. 

Los investigadores han aprovechado los principios del origami para doblar paneles gruesos y uniformes y convertirlos en estructuras modulares y compactas. Estos módulos se pueden utilizar con rapidez para formar varias estructuras, revolucionando así la manera de construir en entornos complicados, desde zonas que han sufrido un desastre natural hasta el espacio exterior. El sistema no solo es capaz de soportar un peso considerable, sino que además promete facilitar el transporte y ensamblaje ofreciendo nuevas posibilidades de diseño.

Esta tecnología inspirada en el origami se basa en la premisa de usar un material grueso y uniforme. El origami tradicional utiliza materiales finos y flexibles que de forma natural no están pensados para soportar cargas pesadas. El equipo de investigación liderado por el profesor Evgueni Filipov ha abordado este reto reformulando el origami para incorporar materiales con un grosor uniforme. Este ajuste garantiza que cuando se cargue la estructura, la tensión se distribuya de forma uniforme, minimizando los puntos débiles y potenciando las capacidades de la estructura de carga.

Otra novedad importante es el desarrollo de mecanismos de bloque robustos que sean capaces de mantener la integridad de la estructura una vez instalada. Estos mecanismos garantizan que las estructuras de origami se mantengan estables y seguras al soportar la carga. Los dispositivos de bloqueo evitan que los paneles doblados se desdoblen o cambien al estar bajo tanto peso, lo cual es fundamental para su uso en aplicaciones del mundo moderno donde la seguridad y la confianza son dos factores fundamentales.

El proceso de diseño está respaldado por herramientas de simulación avanzadas que permiten al equipo modelar y predecir cómo se comportarán las estructuras en diversas condiciones. La Universidad de Michigan ha desarrollado una herramienta software especializada conocida como Sequentially Working Origami Multi-Physics Simulator (SWOMPS). Esta les permite a los investigadores planificar meticulosamente sus diseños y perfeccionarlos, garantizando que cada plegado y bloqueo contribuya positivamente tanto a la resistencia estructural del proyecto como a su funcionalidad.

La ingeniería inspirada en el origami de la UoM tiene un increíble potencial para las aplicaciones del mundo real en distintos sectores. Al trasladar los principios del origami al mundo del diseño estructural, se abre un nuevo mundo de posibilidades para construir estructuras mucho más adaptables, eficientes y receptivas.

Una de las mejores aplicaciones de esta nueva tecnología se encuentra en su capacidad ante los casos de emergencia y desastres naturales. La habilidad de las estructuras inspiradas en el origami de doblarse de forma compacta y expandirse al máximo es crucial en situaciones como estas en las que el tiempo y el espacio son críticos. Por ejemplo, un puente que se puede transportar como una estructura modular y que después se puede desdoblar con rapidez en el mismo sitio de la instalación podría devolver el acceso a zonas aisladas por inundaciones o terremotos.

La investigación además explora el uso de estas estructuras en entornos que son normalmente un reto para la construcción, como zonas desérticas, árticas o incluso el espacio exterior. La transportabilidad y el rápido montaje de las estructuras basadas en el origami hace que sean perfectas para este tipo de escenarios en los que los métodos de construcción tradicionales son poco prácticos o muy costosos.

Como las zonas urbanas no paran de crecer y cambiar, hay una necesidad de crear infraestructuras modulares y adaptables. Los diseños inspirados en el origami se podrían usar para paradas de autobús temporales, quioscos o incluso pequeños puentes de peatones. Estas estructuras se pueden mover y reconfigurar a medida que el paisaje urbano evoluciona, aportando flexibilidad a la planificación y el desarrollo urbanístico.

Estas aplicaciones resaltan el potencial transformador de las estructuras inspiradas en el origami no solo a nivel teórico, sino también a nivel práctico, con soluciones que pueden redefinir cómo pensamos en lo que se refiere a la construcción y el montaje en distintos contextos. Es probable que el desarrollo y la ampliación continuos de esta tecnología sigan descubriendo nuevas posibilidades para su uso en campos que van más allá de los que imaginamos hasta ahora.

Las estructuras inspiradas en el origami además son sostenibles y también ofrecen importantes ventajas medioambientales y de eficiencia para la industria AEC. Al optimizar el uso de materiales, estas estructuras reducen el desperdicio y la huella de carbono asociada a los procesos constructivos. Su diseño compacto facilita un transporte más rentable y menos exigente para el medio ambiente. Además su rápido montaje y desmontaje no solo reduce los costes de la mano de obra, sino que también limita las molestias medioambientales, favoreciendo así el uso de prácticas constructivas más sostenibles.

Además la reutilización de estas estructuras basadas en el origami promueve un cambio hacia una economía circular en el sector AEC, ampliando su ciclo de vida y reduciendo la demanda de nuevos materiales. Este enfoque favorece la adopción de diseños modulares y adaptables, innovando en una construcción que prioriza la eficiencia y sostenibilidad medioambientales.

Al integrar el antiguo arte del origami en la ingeniería moderna, la tecnología del UoM ofrece mayor sostenibilidad y mejores materiales. A medida que esta tecnología siga evolucionando, su aplicación podría cambiar significativamente la forma de enfocar los retos medioambientales, la manera de responder a las emergencias y la planificación de instalaciones temporales. Esta fusión de ingenio artístico y rigor científico promete darle forma al futuro de la construcción, haciéndolo más adaptable, eficiente y armonioso con nuestras aspiraciones medioambientales.