por Majo Betancourt & Kike Cuan. Ilustraciones por: Majo Betancourt
11-04-2023
por Majo Betancourt & Kike Cuan. Ilustraciones por: Majo Betancourt
11-04-2023
Embedded Files
11-04-2023
La naturaleza es fascinante en todas sus escalas. Resulta sorprendente explorarla tanto por un telescopio como por un microscopio, nunca sabes qué puedes llegar a encontrar. Estudiar su forma y cómo esto influye en su funcionamiento desde distintos ángulos ha sido una fuente de inspiración para proponer soluciones en distintas disciplinas.
Es posible que dentro de diez años utilicemos con cotidianidad un objeto cuya base de diseño y principio de funcionamiento surgieron de observar la naturaleza en un paseo matutino con la mascota, tal como sucedió con el velcro. El ingeniero George de Mestral estaba teniendo problemas para retirar la flor de una planta llamada bardana del pelaje de su perro. Al verla de cerca se dio cuenta de que tenía una serie de pequeños ganchos que facilitan la adherencia a superficies peludas. A partir de ahí, comenzó a trabajar en un mecanismo que imitaba ese sistema (Velcro, s.f.). Más personas se sumaron a desarrollar la idea y ahora es utilizado en ropa, mochilas, zapatos y hasta en productos para viajes espaciales.
A lo largo de los años el desarrollo de productos se ha visto influenciado por nuestras necesidades. Por ejemplo, las computadoras y los teléfonos pasaron a ser objetos de menor tamaño para que tú y yo pudiéramos usarlos y transportarlos de una manera más sencilla. Sin embargo, satisfacer nuestras necesidades ya no es suficiente. Voltear a ver la relación de nuestras creaciones con el ambiente ha cobrado gran importancia. Ahora buscamos que el diseño y manufactura de los nuevos productos sea sustentable. Una de las maneras de lograr esto es utilizando el material de manera eficiente y qué mejor guía para esto que la naturaleza. En la naturaleza nada está de sobra, se usa lo que se requiere, nada más.
Seguramente lo primero que viene a tu mente al ver un arreglo de hexágonos es un panal de abejas: su hogar, lugar donde se desarrollan futuras generaciones y almacén de miel para el invierno. El hecho de que las celdas sean hexagonales no tiene que ver con una cuestión estética ni de interiorismo, sino que es una forma de distribuir el espacio de manera eficiente. Las abejas comienzan construyendo celdas circulares con cera producida por ellas mismas. Las van acomodando lo más cerca una de la otra para utilizar la menor cantidad de cera posible ya que después solo deben rellenar los pequeños espacios entre los círculos (Apicoltura Laterza, 2021). Esta distribución da vida a una firme estructura hexagonal que además resulta más complicada de romper.
La distribución de material en el panal de abejas ha resultado inspiradora para diferentes personas a lo largo de los años. Se tiene registro de que la primera vez que fue aplicada fue en el año 36 antes de la era común para la reconstrucción del Panteón de Roma. La cúpula fue sostenida por una estructura hexagonal que proveyó mayor estabilidad con poco material (SCM Group, 2017). En 1940 los hexágonos comenzaron a ser utilizados en los diseños de los aviones para reducir su peso y aumentar tanto la carga útil como la distancia de vuelo (Honeylite, s.f.). En el 2018 Ford utilizó la “cubierta de panal” para contar con un compartimento secreto en la cajuela de una camioneta. La cubierta es capaz de soportar el peso de 300 kg y proteger objetos de valor (Portal Automotriz, 2018).
La naturaleza ha inspirado a que personas en el campo de la investigación se planteen preguntas interesantes. ¿Se pueden mejorar las propiedades de los techos volados al estudiar la estructura de las hojas (Sacher et al., 2019)? ¿Un brazo robótico podría tener la rigidez y al mismo tiempo la suavidad de la pinza de una langosta (Chen et al., 2020)? ¿Es posible aumentar el desplazamiento de una junta flexible al remover material en forma de la armadura del armadillo (Betancourt-Tovar & Cuan-Urquizo, 2022)? ¿La geometría de un átomo y la forma del bambú pueden fusionarse para tener una estructura ligera y de alta resistencia (Zhang et al., 2022)?
En el Laboratorio de Metamateriales y Estructuras Ligeras estudiamos las propiedades mecánicas de patrones con diferentes geometrías. La naturaleza nos ofrece un amplio catálogo de patrones por estudiar: alas de insectos, telarañas, algas unicelulares, nervios de las hojas, esponjas de mar, entre otros. Algunos son más ordenados que otros, pero el distinto acomodo de sus elementos presenta la posibilidad de descubrir comportamientos mecánicos poco convencionales.
Varias de las respuestas que buscamos ya están ahí afuera, en la naturaleza, solo están esperando a ser descubiertas.
Sobre los autores:
Majo Betancourt: estudiante de Maestría en Ciencias de la Ingeniería
Kike Cuan: profesor-investigador en diseño mecánico de metamateriales y mecanismos.
Referencias
Apicoltura Laterza. (2021). ¿Por qué las abejas construyen celdas hexagonales? Recuperado el 19 de febrero de 2023 de: https://www.apicolturalaterza.com/es/por-que-las-abejas-construyen-celdas-hexagonales#:~:text=Un%20panal%20no%20es%20m%C3%A1s,unas%20gl%C3%A1ndulas%20en%20su%20abdomen.
Betancourt-Tovar, M., & Cuan-Urquizo, E. (2022). Increasing displacement range in 3D printed compliant joints via bio-inspired slot patterns: An exploratory study. Engineering Science and Technology, an International Journal, 35, 101229.
Chen, Y., Chung, H., Chen, B., & Sun, Y. (2020). A lobster-inspired bending module for compliant robotic applications. Bioinspiration & Biomimetics, 15(5), 056009.
Honeylite. (s.f.). Aviation & Aerospace. Recuperado el 19 de febrero de 2023 de: https://honylite.com/industries/aviation-aerospace/
Portal Automotriz. (2018). Una cubierta inspirada en el diseño de panales de abejas crea un espacio de almacenaje oculto en el nuevo EcoSport. Recuperado el 19 de febrero de 2023 de: https://www.portalautomotriz.com/noticias/corporativo-e-industria/una-cubierta-inspirada-en-el-diseno-de-panales-de-abejas-crea-un
Sacher, M., Lautenschläger, T., Kempe, A., & Neinhuis, C. (2019). Umbrella leaves—Biomechanics of transition zone from lamina to petiole of peltate leaves. Bioinspiration & biomimetics, 14(4), 046011.
SCM Group. (2017). The History of Honeycomb Construction Design. Recuperado el 19 de febrero de 2023 de: https://www.scmgroup.com/en/news-events/news/the-history-of-honeycomb-construction-design.n68599.html
Velcro. (s.f.) Nuestra Historia. Original Thinking. Recuperado el 19 de febrero de 2023 de: https://www.velcro.es/original-thinking/nuestra-historia/#:~:text=Inspiraci%C3%B3n%20inesperada,mientras%20paseaban%20por%20la%20monta%C3%B1a.
Zhang, Z., Zhang, L., Song, B., Yao, Y., & Shi, Y. (2022). Bamboo-inspired, simulation-guided design and 3D printing of light-weight and high-strength mechanical metamaterials. Applied Materials Today, 26, 101268.
Page updated
Google Sites
Report abuse