Los mecánicos flexibles dejan su huella en el mundo de la maquinaria

Transformando la ingeniería mecánica

Unas pinzas robustas, ligeras y potentes, pero sin tornillos ni remaches... un sueño.
¿Un interruptor de una sola pieza? Veamos.
¿Un panel de 25m2 que cabe en 1m3? ¿Polvo, tal vez? Sin embargo, todas estas promesas técnicas se han hecho realidad.

En la frontera entre las matemáticas, la ingeniería y el origami, la mecánica flexible abre una nueva era en la ingeniería mecánica.

Mecánica robusta

La robustez es una de las características más buscadas en ingeniería mecánica. Nos gusta que una máquina dure mucho tiempo y haga su trabajo sin fallar. El origen de la mayoría de los fallos mecánicos son las uniones entre piezas móviles. Estas uniones suelen ser también las piezas más complejas. ¿Cómo podemos reducir su número? La pregunta es sencilla, y para responderla hemos tenido que cuestionar un principio mecánico básico: la rigidez.

Considerada una cualidad esencial, la rigidez permite evitar las oscilaciones indeseables, la fatiga de los materiales y las vibraciones parásitas que provocan diversos problemas de desgaste prematuro, ruido y rotura. Cuanto más rígido, mejor...

Con el desarrollo de nuestros conocimientos sobre materiales y estructuras, la ingeniería permite ahora diseñar materiales con distintos grados de flexibilidad y una duración prácticamente infinita, siempre que la aplicación se mantenga dentro de unos parámetros determinados de temperatura, presión o tensión. Entonces, ¿por qué no utilizar materiales flexibles en lugar de juntas? Eso es lo que hizo Larry Howell, ingeniero mecánico de la Universidad Brigham Young.

Una a una, fue desmontando creencias arraigadas, demostrando, por ejemplo, que rigidez y resistencia no son realmente lo mismo, que algo puede ser flexible Y fuerte, y que la resistencia depende del material, de la estructura y de cómo se apliquen las tensiones.

Cada vez más cerca del ideal

Jugando con los grosores, las orientaciones, las formas y los materiales, los diseñadores pueden alcanzar un nivel de simplicidad que se aproxima al del arte, la arquitectura o incluso la biología. Por supuesto, se requiere una gran pericia, incluido un profundo conocimiento de los materiales, sus propiedades y su conformación, pero el resultado abre perspectivas en casi todos los campos, desde la agricultura hasta el espacio y la medicina.

La mecánica flexible (mecánica conforme) persigue varios ideales, las 8 P:

• Número mínimo de piezas: El número de piezas se reduce utilizando piezas flexibles en lugar de muelles, bisagras, articulaciones, cojinetes, etc.
  
  
• Simplicidad de producción: El uso de nuevos materiales simplifica radicalmente la producción, el montaje y la manipulación.
  
  
• Precio: Al limitar las piezas y el montaje, huelga decir que el precio baja. Sobre todo cuando se puede extruir o imprimir en 3D y producir a coste marginal.
  
  
• Precisión: Según el proceso de producción, en ausencia de juntas, el nivel de precisión supera el posible con la mecánica convencional.
  
  
• Rendimiento: Sin necesidad de lubricación, silencioso, más ligero, mayor rendimiento y durabilidad.
  
  
• Proporcionalidad: Puede cambiar la escala y los materiales para adaptarlos a sus necesidades y seguir manteniendo los mismos principios: la flexibilidad también es relativa al tamaño, de diminuto a enorme.
  
  
• Portabilidad: Más ligeros, por el reducido número de piezas y su simplicidad.
  
  
• Previsibilidad: los productos mantienen sus prestaciones a lo largo del tiempo y suelen ser más fiables.
  

Para alcanzar estos objetivos, la simplicidad y la ausencia de juntas son dos principios que se persiguen.

Origami al rescate

La papiroflexia permite crear formas tridimensionales a partir de planos bidimensionales, que luego se extienden en varias direcciones para formar una estructura continua y sin juntas. La relación práctica con la mecánica flexible es natural. Con el software de procesamiento 3D, del que se pueden encontrar algunos ejemplos en las referencias, el origami puede entrar en el mundo de la ingeniería. Los diseñadores no sólo se han guiado por la tradición, sino que han llevado el origami a un nuevo nivel, creando estructuras que son a la vez útiles y estéticamente agradables.

Estamos sólo en los inicios de esta disciplina, y ya sus aplicaciones han entrado en nuestra vida cotidiana sin que nos demos cuenta. Es posible que ya haya observado algunos mecanismos flexibles en dispositivos electrónicos recientes. Pero eso es sólo el principio. Estos conocimientos se están extendiendo rápidamente y empiezan a enseñarse en las facultades de ingeniería...

Referencias

Grupo de Investigación sobre Mecanismos Flexibles de la BYU - https://www.compliantmechanisms.byu.edu/

Por qué las máquinas que se doblan son mejores - https://www.youtube.com/watch?v=97t7Xj_iBv0

Handbook of Compliant Mechanisms por Larry L Howell - en Google books
https://books.google.ca/books?hl=en&lr=&id=obD5SnfVUxkC&oi=fnd&pg=PR11&ots=ixfa-FdE-g&sig=ls1L3iiTdzb--A0LptdlPfEwmIw#v=onepage

Handbook of Compliant Mechanisms por Larry L Howell - en Amazon
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Aplicaciones de origami

• Aplicación Origami Draw (iOS)
• Free Form Origami y Origamizer (Windows)
• ORI-REVO: Herramienta de diseño para Origami 3D de Revolution - Mac OS y Windows
• Simulador de origami
• Fold - Potentes aplicaciones java para origami