00:00
DEREK
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 ¿por qué este antiguo arte del plegado
de papel es tan útil para la ingeniería
moderna ?
El Origami, literalmente, papel plegado, se
remonta al menos 400 años en Japón .
Pero el número de diseños siempre fue limitado.
00:31
HOMBRE 1
Solo 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 que creó miles
de nuevos diseños.
Se escribieron muchos muchos libros de sus
obras y su obra inspiró un renacimiento,
en todo el mundo, de la creatividad con Origami.
Bien, quería doblar un cactus, lo primero
que tenía que hacer es averiguar cómo consigo
espinas en un cactus.
Así que puedes imaginar, si puedo hacer dos
espinas, aquí, podría hacer lo mismo para
hacer una fila completa .
Entonces puedo regresar y hacer un diseño
completo.
Eso es lo que esto
DEREK
WAU
HOMBRE 1
Y este es en realidad el cactus y la maceta,
con una sola hoja de papel .
El papel es verde por un lado y rojo por el
otro,
01:40
DEREK
¿Es todo papel?
HOMBRE 1
Es un cuadrado de papel sin cortar .
DEREK
¿Qué tan grande era ese pedazo de papel
?
01:45
HOMBRE 1
Aproximadamente de un metro cuadrado, por
lo que hay una gran reducción de tamaño
para pasar de un metro hasta aquí, pero lo
necesitas para obtener todas las espinas .
01:57
DEREK
¿cuánto tiempo te tomo hacerlo ?
02:02
HOMBRE1
Alrededor de 7 años de principio a fin .
02:05
DEREK
Guau
¿Por qué es que el origami, principalmente
creado como algo estético ? ¿Por qué es
tan útil ?
Creo que… ya sabes , ¿útil para cosas
estructurales que van desde la ingeniería
mecánica o para aplicaciones espaciales ?
¿por qué se encuentra en muchas de estas
aplicaciones ?
¿Por qué es tan útil ?
02:26
Hombre1
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 algo estable.
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 coloca en su lugar,
pero si combinas los dos mecanismos en direcciones
diferentes, obtienes ese mágico cambio de
color.
DEREK
Sí, es impresionante .
HOMBRE 1
Entonces lo miras y dice , bien, es un lindo
juguete de papel.
¿es algo más que eso ?
Y la respuesta es sí .
Derek
¿eso se convierte en eso ?
HOMBRE 2
Eso se convierte en eso, sí . Estamos trabajando
con una compañía llamada 2d quirúrgica
.
Eso hace el robot quirúrgico Davinci.
Querían poder insertar un catéter flexible
con el robot, pero los catéteres flexibles
tienden a doblarse y atascarse.
Hemos desarrollado estos 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 cateter y se inserta
dentro del cuerpo , todavía tiene soportes
en todo el recorrido.
03:59
DEREK
Para otro ejemplo, aquí tengo una pared plegable
a prueba de balas.
Se basa en el patrón de pliegues de Yoshimora
.
04:15
HOMBRE 2
Está hecha de un material a prueba de balas,
que podría ser muy compacto para el automóvil
policiaco y se despliega y es a prueba de
balas.
DEREK
Pero, ¿realmente funciona?
Bien , lo han puesto a prueba utilizando 12
capas de kevlar .
Puede detener las balas de una pistola y un
nuevo diseño con paneles intercambiables
debería poder detener las balas de los rifles
.
HOMBRE 2
Esos de allí son, en realidad, balas que
han sido detenidas por el origami .
DEREK
Un beneficio intrínseco del Origami es que
el simple acto de plegado de un material puede
hacer que sea más rígido .
Te iba a preguntar sobre esto . ¿Más origami?
HOMBRE DETRÁS DE LA CÁMARA
Si, más origami
DEREK
Pero iba a decir que es una forma de hacer
una lata más fuerte, sin realmente usar metal
más grueso, ¿verdad ?
Sin embargo, para aplicaciones de ingeniería,
el desafío más común es cómo plegar materiales
rígidos gruesos .
HOMBRE 2
Esto es polipropileno, muy rígido, no hay
forma de que pueda doblarlo en este vértice.
Así que este es un ejemplo que muestra un
par de pliegues sustitutos que podemos usar
para reemplazar los pliegues y luego también
esa pieza de polipropileno, probablemente
se pliega y también se acomoda el grosor
.
05:44
DEREK
Al cortar o marcar materiales y agregar bisagras
según sea necesario, materiales rígidos
y gruesos pueden, en efecto, ser plegados.
Esto es útil, por ejemplo, para desplegar
paneles solares .
HOMBRE 1
Este patrón es quizás el precursor de las
estructuras desplegables.
Se llama Miura-ori, se ha utilizado para paneles
solares.
De hecho, fue uno de los primeros patrones
que voló en una misión espacial en 1995.
Y 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
es que es muy delgada y compacta .
HOMBRE 2
Es un patrón divertido llamado origami flasher
y obtienes este movimiento más llamativo
.
DEREK
Esto se ha propuesto como un diseño de satélites
solares, para que sean más compactos en el
lanzamiento y la confiabilidad en el despliegue
.
Una nueva área para la investigación del
origami es mejorar la aerodinámica de las
locomotoras de carga .
HOMBRE 2
Lo mismo ocurre con las locomotoras de carga
, ya sabes , son como ladrillos viajando por
las vias, por lo que su aerodinámica es horrible
.
Idealmente, me gustaría tener un cono de
nariz en el frente de la locomotora de carga
para mejorar la aerodinámica, pero no puedes
porque son como bloques de Lego 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 demostramos 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
muestran que esto le ahorrará a esta compañía
varios millones de dólares al año en Diesel
07:26
[Música]
07:33
HOMBRE 1
Este es un violinista.
Era uno de mis diseños de mecanismos favoritos
porque toca el violín si le tocas la cabeza
.
DEREK
Fantastico .
07:46
DEREK
Los movimientos funcionales del origami están
inspirando nuevos diseños para dispositivos
como mecanismos compatibles que pueden completar
rotaciones completas de 360 grados .
HOMBRE 2
A diferencia de los mecanismos tradicionales
con rodamientos o bisagras, puedo hacer clic
en un motor y obtener una revolución continua.
Puedo hacer eso con los mecanismos compatibles,
pero resulta que nadie se molestó en decirle
a quienes doblan papel eso . Ellos crearon
un mecanismo compatible giratorio continuo,
que se llama ciclo de colitis .
08:22
DEREK
Los movimientos de origami también se utilizan
en dispositivos médicos
HOMBRE 2
Estos serían los pliegues en el papel y ahora
tenemos pinzas aquí, así que es bueno que
podamos hacerlo en una escala más pequeña
justo en el instrumento médico que ingresa
al cuerpo, pero pueden transformarse y convertirse
en la pinza .
Hacer una incisión muy pequeña, y continuar
y realizar algunas tareas más complejas dentro
del cuerpo .
08:50
DEREK
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 origami que se creo es más
pequeña, pero con una gama más amplia de
movimiento .
Y el origami funcional se puede miniaturizar
aún más .
HOMBRE 1
Esta es el ave aleteadora de origami más
pequeña del mundo .
DEREK
Suena bien.
HOMBRE 1
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 el
ave en realidad es ...
DEREK
Así que necesitaré mi lente macro…
HOMBRE 1
Probablemente no solo necesitarás tu macro
lente sino que necesitarás tu microscopio
Porque es más pequeño que un grano de sal
. Así que, comenzó y tenía un poco menos
de un milímetro cuadrado… hmm pero cuando
está plegado es mucho más pequeño .
DEREK
Guau
09:50
HOMBRE 1
Ahora podrías preguntarte por qué alguien
usaría un ave de aleteo microscópico .
Y la respuesta para nada, un pájaro que aletea,
pero hay dispositivos médicos, implantes
de aplicaciones médicas que son microscópicos,
donde es posible que se desee una pequeña
máquina .
10:11
Derek
Este es un nano inyector utilizado en terapia
genetica para administrar ADN a las células
. Tiene solo cuatro micrómetros de grosor,
por lo que 400 de ellos pueden caber en un
chip de computadora de un centímetro de ancho
.
10:25
Derek
Hay algunas cosas allí que me recuerdan un
poco a Star Wars .
HOMBRE 2
Sí, se llama infinito elíptico y queríamos
hacer eso con un material que no sea papel.
Ves esto desde plano hasta esa forma infinita
elíptica .
10:44
Hombre 1
Esta es, en realidad, una lámpara que está
hecha de una sola hoja, por lo que viene en
un sobre como este, es un cable en el que
se dobla, tenía un clip .
Ahora depende mucho de las matemáticas, la
curvatura de estas líneas afecta a los enlaces.
Esa curvatura y la curvatura aquí, aquí
y aquí, todo esto está acoplado y, prácticamente,
la única forma de diseñarlos y hacer que
todos los pliegues jueguen 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, y sentí también
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
12:02
DEREK
Estoy algo fascinado con las matemáticas.
Pero es difícil para mí pensar en eso, ¿cómo
son esas matemáticas ?
12:07
HOMBRE 2
La matemática se reduce a una forma de representar
un diseño llamado patrón de pliegues .
Déjame tomar un par de patrones de pliegues
.
Así que, este es un patrón de pliegues de
origami, es un plan para doblar . En este
caso cómo doblar un escorpión .
Una muy buena manera de diseñar algo como
esto es representar cada característica,
garra , pata , 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 entonces encontrar un arreglo
de esos círculos en el cuadrado.
Como meter bolas en una caja .
Así que para el Escorpión tienes una cola
larga , imagina un círculo grande como una
lata grande y las patas son círculos más
pequeños o círculos de diferentes tamaños
, así que tienes diferentes círculos más
pequeños y las garras son un par de círculos
más y los vas a poner en una caja cuadrada
, de tal forma que quepan todos .
Entonces empacaste círculos en la caja y
la disposición de esos círculos te dice
el esqueleto del patrón de pliegue y desde
allí puedes construir geométricamente todos
los patrones de pliegue.
Sigues las reglas, pones una línea entre
el centro de cada par de círculos y luego
cada vez que cualquiera de las dos líneas
se encuentran en un V agregas medio doblez,
eso se llama una doblez en V , y hay reglas
más complicadas similares para añadir más
y más líneas pero la cosa es que todo es
paso a paso .
Si encuentras este patrón geométrico que
dice dónde agregar la siguiente línea y
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 era probablemente la mayor revolución
en el mundo del diseño de origami, si has
seguido ese proceso sistemático del patrón
de plegado podrías darle la forma exacta
que se dispuso a formar al comienzo.
Este método de empaque circular que describí
funciona para cualquier cosa que pueda representarse
como una figura de palo .
Como un escorpión, puedes dibujar esto como
una figura de palo , con una línea para el
cuerpo y la cola , líneas para cada una de
las patas , líneas para las garras y de esa
figura de palo , de cualquier figura de palo
, puedes usar el empaque circular y obtener
Una forma que lo dobla .
Pero supongamos que lo que estás doblando
no es una figura de palo, supongamos que es
algo más parecido a una superficie , una
esfera o una nube o, o simplemente, en términos
animales, un gran cuerpo manchado como un
elefante .
Ese proceso no van a funcionar, pero hay otros
algoritmos para eso .
15:04
Hombre1
Hace unos diez años, un matemático japonés
llamado Tomohiro Tachi desarrolló un algoritmo
que funciona para cualquier superficie . Le
das una superficie triangulada como una descripción
matemática y él te dará o su algoritmo
te dará el patrón de plegado que se pliega
en esa superficie .
Ahora es bastante famoso y se llama origaminacer,
y esa es una manera de hacer una hoja de cualquier
cosa y adoptar cualquier forma tridimensional
.
15:37
DEREK
Así que el origami es útil en ingeniería
porque proporciona un método para tomar una
hoja plana de material y darle forma prácticamente
a cualquier forma , plegándola .
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 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, sobre todo, 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, modelos y experimentación
.
