Investigadores de la Facultad de Ingeniería en Mecánica y Ciencias de la Producción (FIMCP) de la Escuela Superior Politécnica del Litoral (ESPOL) desarrollaron y caracterizaron una propuesta innovadora de resortes fabricados a partir de láminas plásticas con patrones de corte inspirados en el antiguo arte japonés del kirigami.
La investigación explora cómo una modificación geométrica relativamente sencilla puede transformar las propiedades mecánicas de un material y generar estructuras capaces de responder de manera controlada ante diferentes condiciones de carga.
El kirigami, una técnica tradicional japonesa relacionada con el plegado y corte del papel, sirvió como inspiración para diseñar estos elementos mecánicos. Mediante la incorporación estratégica de cortes en las láminas plásticas, los investigadores lograron desarrollar estructuras conocidas como kirigami springs, cuya geometría permite modificar y controlar su comportamiento mecánico.
A diferencia de un resorte convencional, cuya respuesta está determinada principalmente por sus características geométricas y materiales, estos sistemas aprovechan los patrones de corte para generar un comportamiento cuasiestático, es decir, una respuesta que puede analizarse bajo condiciones de equilibrio y que permite estudiar de manera controlada la relación entre deformación y fuerza.
Una de las características más relevantes de la propuesta es la posibilidad de ajustar la rigidez del sistema mediante el diseño de los patrones de corte. Esto abre nuevas posibilidades para desarrollar componentes mecánicos cuya respuesta pueda adaptarse a diferentes requerimientos sin necesidad de modificar completamente el material utilizado.
Para estudiar el comportamiento de estos elementos, el equipo realizó ensayos de tracción y análisis de respuestas transitorias, obteniendo información sobre la manera en que los resortes responden ante diferentes condiciones de deformación y movimiento.
Los resultados permitieron analizar un sistema conformado por dos resortes conectados en paralelo, cuya dinámica fue modelada mediante un oscilador Helmholtz-Duffing con amortiguamiento no lineal. Este modelo permite representar comportamientos dinámicos complejos y estudiar cómo las características del sistema influyen en su respuesta ante diferentes estímulos.
La incorporación de modelos matemáticos y ensayos experimentales constituye un elemento fundamental de la investigación, ya que permite relacionar el comportamiento observado físicamente con herramientas capaces de predecir y analizar la respuesta del sistema.
El estudio demuestra cómo la combinación entre diseño geométrico, caracterización experimental y modelado matemático puede generar nuevas alternativas para el desarrollo de materiales y estructuras con propiedades mecánicas controlables.
Este tipo de investigación tiene potencial de aplicación en el campo de los materiales inteligentes y las estructuras adaptativas, donde se buscan componentes capaces de modificar o controlar su comportamiento de acuerdo con las condiciones a las que están sometidos.
