Una serie compleja de articulaciones permite que las alas de las tijeretas pasen de plegadas a volar sin el uso de músculos.

Introducción

Volar puede estar en la parte superior de la lista de superpoderes deseables, pero no muchos de nosotros pensamos en las increíbles alas de las humildes tijeretas (pedir Dermaptera), insectos comunes lo suficientemente pequeños como para caber en un centavo. Conocidos a menudo como "chinches pinchadoras" en los EE. UU. debido a sus grandes pinzas, a menudo se pueden encontrar arrastrándose por lugares oscuros y húmedos como sótanos y montones de madera. Su nombre proviene de la idea errónea histórica de que buscaron el interior de los oídos humanos, pero tenga la seguridad de que no quieren tener nada que ver con la cera de sus oídos. Sin embargo, tienen algunas de las alas más impresionantes del reino animal.

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Los investigadores de ETH Zurich han desarrollado estructuras de origami multifuncionales, que luego fabricaron en objetos impresos en 4D. El principio de diseño imita la estructura del ala de una tijereta.

La estrategia

Por lo general, escondidas cuidadosamente debajo de las alas delanteras coriáceas, las alas de tijereta cobran forma cuando es necesario para volar, expandiéndose más de diez veces más que su tamaño plegado. Son un excelente ejemplo de un patrón de plegado natural optimizado tanto para la fuerza como para la flexibilidad del vuelo.

A pesar de su tamaño relativamente grande, las alas de los insectos contienen músculos activos solo donde el ala se une al cuerpo. Pero esto no resta valor a la capacidad de las alas para soportar el peso del insecto y mantener la estabilidad en el aire.

En las tijeretas, la clave está en la estructura del ala, que ha evolucionado para plegarse rápidamente del estado abierto al cerrado. En lugar de usar músculos, está preprogramado dentro de la estructura plegable, usando articulaciones similares, pero más complejas, que las que se encuentran en el antiguo arte japonés del origami.

Con una forma similar a la de un abanico plegable, el ala se divide en una región externa rígida y una interna más flexible, con el borde de ataque proporcionando algo de rigidez desde la base hasta la punta del ala. Este fuerte borde de ataque lo ayuda a soportar cargas aerodinámicas. Un mecanismo central crítico le da al ala la capacidad de pasar de un estado doblado estable a un estado abierto estable: cuando está doblada, toma la forma de pliegues convexos y cóncavos, mientras que en estado abierto se convierte en una pirámide cóncava, que se bloquea en su lugar para volar. y dando estabilidad al ala abierta. Todo el ala está ligeramente curvada en el medio, lo que le permite soportar mayores fuerzas de flexión que si fuera completamente plana.

La fuerza de un ala tan flexible se debe a la presencia y distribución de resilina, un tipo de que se encuentran en las juntas o pliegues. Resilin fortalece el ala a lo largo de estas juntas, que proporcionan líneas de plegado y líneas de flexión (líneas a lo largo de las cuales el ala se dobla hacia arriba o hacia abajo durante el vuelo). Las articulaciones vienen en dos formas: las articulaciones asimétricas le dan al ala un resorte de rotación, mientras que las articulaciones simétricas permiten una mayor extensión o estiramiento.

Las alas flexibles tienen una serie de ventajas sobre las alas rígidas: las tijeretas pueden volar lentamente, moverse a una amplia gama de velocidades y tener un alto nivel de maniobrabilidad en el aire. Todo esto además de su naturaleza increíblemente liviana y la capacidad de guardarse para protegerse.

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Eche un vistazo al diseño y al software que los investigadores han desarrollado para explorar el plegado de las alas de las tijeretas.

Las posibilidades

Las tijeretas tienen el potencial de revolucionar el diseño humano al demostrar que los materiales delicados y livianos pueden tener una resistencia increíble sin dejar de ofrecer flexibilidad.

Las alas de tijereta han desarrollado una estructura notable que soporta simultáneamente el proceso de plegado y el vuelo, todo controlado pasivamente por la energía almacenada dentro de la estructura misma. El uso de estos mecanismos podría inspirar y mejorar el diseño humano en una variedad de materiales, desde objetos cotidianos como mapas y tiendas de campaña que se derrumban automáticamente, hasta artesanías de despliegue automático utilizadas para la exploración espacial; realmente podría hacer que un mundo completamente nuevo se "abra".

Última actualización el 6 de enero de 2022