Cómo utilizan el Origami en el diseño Aeroespacial

los ingenieros están recurriendo al origami en busca de inspiración para todo tipo de aplicaciones desde dispositivos médicos hasta aplicaciones espaciales e incluso para detener balas pero porque este antiguo arte del plegado de papel es tan útil para la ingeniería moderna el origami literalmente papel plegado se originó en japón hace al menos 400 años pero el número de diseños siempre fue limitado sólo había un puñado de patrones tal vez 100 200 en total en japón hoy en día hay decenas de miles que han sido documentados y la mayoría ocurrió en el siglo 20 hubo un puñado de japoneses maestros del origami y el más exitoso de ellos era un hombre llamado akira yoshizawa creo miles de nuevos diseños se escribieron muchos libros de sus obras y su trabajo inspiró en todo el mundo un renacimiento de la creatividad con el origami si quiero crear un cactus lo primero que tengo que hacer es averiguar cómo genero espinas en un cactus así que imagínate si puedo hacer dos espinas aquí podría ser que lo mismo pase en la fila completa entonces puedo regresar y hacer un diseño completo que se ve así guau y el cactus y la maceta están hechos con una sola hoja de papel el papel es verde por un lado y rojo por el otro está hecho de una única hoja es un cuadrado de papel sin cortar con grande era el papel aproximadamente de un metro cuadrado por lo que hay una gran reducción de tamaño para pasar de un metro a esto pero lo necesitas para obtener todas las espinas cuánto tiempo te tomo hacerlo alrededor de siete años de principio a fin guau porque el origami principalmente creado con un fin estético se convirtió en algo tan útil digamos es útil para piezas estructurales que se emplean en ingeniería mecánica o en aplicaciones espaciales porque se encuentra en tantas de estas aplicaciones es decir por qué es tan útil bien lo que hace que el origami sea útil es que es una forma de transformar una hoja plana en alguna otra forma con relativamente poco procesamiento este es un patrón plegado llamado cilindro triangulado es bi estable es decir que es estable en dos posiciones esta es una y luego si le doy un giro esta es la otra realmente tiene muchos mecanismos estables porque puedo ver cómo se encaja en su lugar pero si combinas los dos mecanismos en direcciones diferentes obtienes ese mágico cambio de color si es impresionante entonces lo mira si dices ok es un lindo juguete de papel pero es algo más que eso y la respuesta a si eso se convierte en esto eso se convierte en esto si trabajamos con una empresa llamada to the historical que fabrica el robot quirúrgico da vinci querían poder insertar un catéter flexible con el robot pero los catéteres flexibles tienden a doblarse y atascarse hemos desarrollado estas fuelles de origami que si miras hacia abajo hay un agujero pero no importa qué tan lejos lo movamos permanece en el interior con el mismo tamaño y eso significa que podríamos poner el catéter allí y cuando se mueve el catéter y se inserta dentro del cuerpo todavía tiene soportes en todo el recorrido este es otro ejemplo aquí tengo una pared plegable a prueba de balas y se basa en el patrón de pliegues de ellos y mora está hecha de un material a prueba de balas así que podría ser muy compacto para el automóvil policiaco se despliega y es a prueba de balas pero realmente funciona bien lo han puesto a prueba ah está formado por 12 capas de kevlar y puede detener las balas de una pistola y con un nuevo diseño con paneles intercambiables debería detener las balas de los rifles estos de aquí son en realidad balas que han sido detenidas por el origami un beneficio intrínseco del origami es que el simple acto del plegado de un material puede hacer que sea más rígido te iba a preguntar sobre esto si es otro origami no es un origami no pero es una forma de hacer una lata más fuerte sin usar realmente un metal más grueso versión sin embargo para aplicaciones en ingeniería el desafío más común es cómo plegar materiales rígidos ingresos esto es polipropileno muy rígido no hay forma de que pueda negarlo en este vértice así que este es un ejemplo que muestra un par de cosas pliegues sustitutos que podemos usar para reemplazar los pliegues y luego también esta pieza de polipropileno probablemente se pliega y también se acomoda el grosor al cortar o marcar materiales y agregar bisagras según sea necesario los materiales rígidos y gruesos pueden ser plegados esto es útil por ejemplo para desplegar paneles solares este patrón es quizás el precursor de las estructuras desplegables se llama miura ahora se ha utilizado para paneles solares de hecho fue uno de los primeros patrones que voló en una misión espacial en 1995 lo llamaron la misión voladora al espacio como se puede ver aquí todo se abre y se cierra en un solo movimiento y cuando se aplana queda muy delgada y compacta es un patrón divertido llamado origami flyer obtienes usted increíble movimiento muy llamativo esto se ha propuesto como un diseño para paneles solares en satélites hace que sean más compactos en el lanzamiento e incrementa la confiabilidad del despliegue una nueva área en la investigación del origami es mejorar la aerodinámica de las locomotoras de carga lo mismo ocurre con las locomotoras de carga ya que son como ladrillos viajando por las vías por lo que su aerodinámica es horrible idealmente quisiera que tenga forma de cono en el frente para mejorar su aerodinámica pero no puedes porque son como bloques del ego que están enganchados en cualquier parte del tren no sabes si es el primero segundo o el tercero aquí hay un prototipo a escala que muestra un patrón que probamos en una locomotora de carga se pliega para ser muy plano pero luego se despliega y resulta que nuestros modelos de computadora y las pruebas del túnel de viento que hicimos muestran que esto le ahorrará a la empresa varios millones de dólares al año en diésel [Música] este es un violinista era uno de mis diseños de mecanismos favoritos porque toca el violín si deja las la cabeza fantástico los movimientos funcionales del origami están inspirando nuevos diseños como mecanismos rebatibles que pueden realizar rotaciones de 360 grados a diferencia de los mecanismos tradicionales con rodamientos o bisagras donde puedo adoptarlo a un motor y obtener revoluciones continuas no puedo hacer eso con los mecanismos rebatibles pero resulta que nadie se molestó en decirle eso a quienes doblan papel y ellos crearon un mecanismo rebatible giratorio continuo que le llaman kaleido ciclo los movimientos de origami también se utilizan en dispositivos médicos estos serían los pliegues en el papel y ahora tenemos pinzas aquí así que es bueno que podamos hacerlo en una escala más pequeña el instrumento médico ingreso al cuerpo pero puede transformarse y convertirse en una pinza puede hacer una incisión muy pequeña y también realizar algunas tareas más complejas dentro del cuerpo ahora se está utilizando una variante de esta mini pinza en cirugías robóticas que reemplazan el mecanismo anterior y reducen el número de piezas en un 75% el dispositivo de origami que se creó es más pequeño pero con una gama más amplia de movimientos y el origami funcional se puede miniaturizar aún más esta es el ave ale te adora de origami más pequeña del mundo suena genial este se dedicó al desarrollo de técnicas para hacer origami microscópico de plegado automático y lo que se ve aquí es una foto de microscopio del pájaro terminado pero como se ve en realidad es necesitaré mi lente macro probablemente no sólo necesitará su lente macro sino que necesitarás un microscopio porque es más pequeño que un grano de sal así que cuando comenzó tenía un poco menos de un milímetro cuadrado pero cuando está plegado es mucho más pequeños ahora podrías preguntarte para que alguien usaría una ave de aleteo microscópico y la respuesta es no lo usaría para nada pero hay dispositivos médicos implantes de aplicaciones médicas que son microscópicas donde quizás desees una pequeña máquina este es un nano inyector es utilizado en una terapia genética para administrar adn a las células tiene sólo 4 micrómetros de grosor por lo que 400 de ellos pueden caber en un chip de computadora de 1 centímetro de ancho hay algunas cosas de allí que me recuerdan un poco a star wars si se llama elíptico infinito y queríamos hacer eso con un material que no sea papel pues esto pasa de estar plano tomar esta forma elíptica infinita esta es en realidad una lámpara que está hecha de una sola hoja por lo que viene en un sobre como éste tiene un cable dentro y luego lo doblamos tiene un agarre y ahora depende mucho de las matemáticas la curvatura de estas líneas afecta a los enlaces la flexión y la curvatura aquí y aquí y aquí todo está acoplado y prácticamente la única forma de diseñar los y hacer que todos los pliegues se accionen juntos es siguiendo métodos matemáticos mis antecedentes profesionales son las matemáticas y la física trabajé en física láser durante 15 años tengo mi doctorado en física aplicada y mi trabajo en muchos casos era encontrar la manera de describir los láseres matemáticamente y si yo pudiera poner mi problema en lenguaje matemático entonces podría confiar en las herramientas de las matemáticas para resolver esos problemas y lograr los objetivos pero también sentí que con el origami podría utilizar ese mismo enfoque así que empecé a tratar de descubrir cómo describir el origami usando las herramientas de las matemáticas y funcionó estoy fascinado con las matemáticas pero es difícil para mí pensar en eso cómo se utilizan las matemáticas aquí la matemática se reduce a una forma de representar un diseño llamado patrón de pliegues déjame traer un par de ellos así que este es un patrón de pliegues de origami es un plan de cómo plegar en este caso cómo plegar un escorpión una buena manera de diseñar algo como esto es representar cada característica garrapata cola por una región circular y una forma circular no son pliegues circulares es un concepto abstracto que representa el patrón por un círculo pero luego encuentras una organización de esos círculos en el cuadrado es como empacar bolas en una caja así que el escorpión tiene una cola larga imagina un círculo grande como una gran lata grande y las patas son círculos más pequeños de diferentes tamaños así que tienes diferentes latas más pequeñas y las garras son un par de círculos más y los colocas en una caja cuadrada de tal forma que quepan todos entonces empaca este círculos en la caja y la disposición de esos círculos demuestran el esqueleto del patrón de pliegue y desde allí pueden construir geométricamente todos los patrones de pliegues sigues las reglas pones una línea en el centro de cada par de círculos y luego cada vez que dos líneas cualquiera se encuentran en una v agregas medio doblez entre ellas y hay reglas más complicadas similares para añadir más y más líneas pero lo interesante es que todo es paso a paso al tener este patrón geométrico que dice dónde agregar la siguiente línea sigues ese proceso hasta que hayas construido todas las líneas y cuando hayas terminado puedes quitar los círculos que fueron tus andamios y el patrón de líneas que queda son los pliegues que necesitas para crear la forma y eso es lo que se muestra aquí y esto fue probablemente la mayor revolución en el mundo del diseño del origami si sigues ese proceso sistemático el patrón de plegado te dará la forma exacta que se dispuso a formar desde el comienzo este método de empaque circular que describí funciona para cualquier cosa que pueda representarse como una figura de líneas un escorpión lo puedes dibujar con una figura de líneas con una línea para el cuerpo y la cola líneas para cada una de las patas y las garras y de esa figura de cualquier figura de líneas puedes usar el empaque circular y obtener una forma que lo pliegue pero supongamos que lo que estás doblando no es una figura de línea supongamos que es algo más parecido a una superficie como una esfera o una nube o simplemente en términos animales un gran cuerpo redondeado como un elefante entonces ese proceso no va a funcionar pero hay otros algoritmos para eso hace unos diez años un matemático japonés llamado tomohiro touching desarrolló un algoritmo que funciona para cualquier superficie le das una superficie triangulada como una descripción matemática y él te dará o bien su algoritmo o te dará el patrón de plegado que se convierte en esa superficie ahora es bastante famoso y se llama origami esther y esa es una manera de hacer que una hoja de cualquier cosa adopte cualquier forma tridimensional así que el origami es útil en ingeniería porque proporciona un método para tomar una hoja plana de algún material y darle prácticamente cualquier forma al plegar dar o si el producto final es plano el origami ofrece una forma de reducir sus dimensiones mientras se despliega fácilmente el simple acto de plegar puede aumentar la rigidez y o el origami puede aprovechar la flexibilidad de los materiales para crear movimientos específicos y sus principios son escalables permitiendo la miniaturización de los dispositivos quizás lo más importante es que el origami permite a los ingenieros aprovechar las brillantes ideas que las personas han tenido a lo largo de los siglos mientras experimentaban con el papel plegable pero traducir estas ideas en soluciones prácticas requiere mucha matemática en modelado y experimentación como mínimo [Música]