Una revolución tecnológica internacional nacida del ‘origami’

La estructura de panal basada en el origami, un mercado de billones de yenes

Cuando se habla de origami (papiroflexia), lo que viene a la mente normalmente es un arte tradicional japonés que, por medio de dobleces en una hoja de papel, puede crear todo tipo de formas y figuras, desde grullas hasta dinosaurios. La palabra japonesa (que literalmente significa “papel doblado”) ha trascendido las fronteras internacionales y la usan ya muchos aficionados. Hagiwara Ichirō, profesor de la Organización para la Coordinación Estratégica de Investigación y Propiedades Intelectuales (OCEIPI) de la Universidad Meiji, señala que el origami es la base de un negocio de billones de yenes, y una montaña de futuros tesoros. El origami no es simplemente una técnica, sino la clave para todo tipo de innovaciones industriales.

Los adornos de origami para Tanabata (izquierda) inspiraron la creación de la estructura de panal. A la derecha se puede apreciar una caja fabricada con esta tecnología (imagen cortesía del profesor Hagiwara)

Se dice que tras la Segunda Guerra Mundial los ingenieros británicos usaron como inspiración los adornos de la fiesta de Tanabata, el 7 de julio, creados introduciendo cortes a piezas de origami, para desarrollar la tecnología de estructura de panal (honeycomb core, en inglés). Dicha estructura se forma alineando tubos hexagonales para crear una superficie como un panal de abejas. Recientemente se puede ver a menudo como acolchado para cajas de cartón. En el shinkansen, el tren bala japonés, se utiliza un suelo con panales de aluminio para reducir las vibraciones, y en los cohetes de los satélites artificiales se utilizan paredes con revestimiento de panal para evitar los daños acústicos que podrían producir las vibraciones de la ignición justo antes del despegue.

La tecnología de estructura de panal mueve ahora un mercado de billones de yenes; resulta algo irónico que fuera el origami, una tradición japonesa, el responsable de inspirar su creación en el Reino Unido.

Japón no puede evitar ser un país con una industria tradicional

“El origami, una técnica tan propia de Japón, no ha dado lugar a mucha tecnología práctica en este país, y esto debería ser motivo de vergüenza para los ingenieros japoneses”, dice el profesor Hagiwara, con vehemencia.

El profesor Hagiwara era un especialista en la física de los impactos, y en un principio trabajó en la investigación de impactos en vehículos, en Nissan. Posteriormente comenzó a trabajar como profesor en el Instituto de Tecnología de Tokio como encargado del Departamento de Ingeniería de la Colaboración (en el que se investigan temas como el grado de satisfacción que logran los usuarios de coches ante la introducción de innovaciones), y en 2002 conoció al profesor Nojima Taketoshi, de la Universidad de Kioto (actualmente investigador invitado del Instituto para el Estudio Avanzado de Ciencias Matemáticas de la Universidad Meiji), proponente de la ingeniería con origami. Nojima predicaba que se podía ligar origami a la industria si se hacía un uso efectivo de su ligereza y su fuerza, o de sus propiedades de contracción y expansión. Hagiwara empatizó con esa posibilidad, y fundó la Sociedad para la Investigación de la Ingeniería y el Origami.

“Para la ingeniería de la colaboración resulta fundamental una cierta sensibilidad. Si uno mira, por ejemplo, la estructura helicoidal que muestran las semillas de un girasol, puede pensar simplemente que son hermosas; pero quizá también se pueda pensar que por medio del uso de algo hermoso los cerebros de las personas pueden funcionar mejor… Cuando escuché en 2002 la presentación del profesor Nojima, de la Universidad de Kioto, en la que proponía tecnología basada en el origami, pensé: ‘¡Eso es!’”

En el despacho del profesor Hagiwara se reúnen, para investigar sobre las aplicaciones del origami, doce investigadores de lugares tan dispares como Japón, Rusia, China o Vietnam. (Imagen: Yamada Shinji)

Los “robots plegables” dan que hablar

En Japón las nuevas tendencias del origami aún se siguen considerando técnicas tradicionales, pero según el profesor Hagiwara últimamente están recibiendo una atención considerable a nivel internacional. En agosto de 2014 participaron cerca de 300 personas de treinta países en el Sexto Encuentro Internacional de Ciencias, Matemáticas y Educación del Origami.

En el trasfondo de la situación en la que la técnica del origami llama la atención está el hecho de que ha motivado un avance en la investigación sobre el “cálculo de origami”, basado en el numeroso software que comenzó a aparecer a partir de 1990 para ayudar en el diseño de origami o simular la transformación del papel de origami. Los proyectos de investigación sobre tecnología basada en origami llegaron a recibir en 2012 ayudas para el desarrollo por valor de 16 millones de dólares de la Fundación Nacional de Ciencias de Estados Unidos.

En dicho país, Eric D. Demaine, profesor de computación del Instituto Tecnológico de Massachussets, presentó un trabajo basado en un “robot plegable”, construido a base de capas de polímeros con memoria (capaces de “recordar” las formas adoptadas), que atrajo mucha atención, y en la actualidad se encuentra realizando nuevas investigaciones.

El vestido plegable, una colaboración con Issey Miyake

Modelo makitori de origami (parte inferior, cortesía del profesor Hagiwara), usado para el diseño del vestido que ideó Issey Miyake (parte superior, cortesía de Yamada Shinji)

En Japón, por supuesto, hay todo tipo de investigaciones y aplicaciones prácticas para esta técnica. Por ejemplo, Issey Miyake, diseñador de moda de fama internacional, diseñó un vestido plegable en colaboración con el profesor Nojima.

El vestido contaba con los modelos makitori (enrollado) y ensui oritatami (plegable cónico), diseñados por Nojima. Dichos modelos están basados en la estructura helicoidal en la que se produce la floración del capullo de flores como el dondiego de día (Ipomonea purpurea).

Lo cierto es que la naturaleza está repleta de ejemplos de este tipo de estructuras plegables, como en el caso de los moluscos, los insectos o las semillas del girasol, y contienen todo tipo de temas de investigación interesantes para los ingenieros aeronáuticos y mecánicos. En noviembre de 2014 el profesor adjunto de la Universidad de Tokio Saitō Kazuya presentó un trabajo titulado “La suprema dificultad de los insectos es la plegabilidad; resolver el misterio de la forma de plegar las alas de los estafilínidos”, que apareció en la revista de la Academia de las Ciencias de Estados Unidos. Si esta investigación avanza aún más, se espera que ejerza una gran influencia sobre todo tipo de productos industriales, desde la estructura de los paneles solares de los satélites artificiales hasta productos de consumo diario como los paraguas o los abanicos.

Desde latas de licor hasta venas artificiales

El “Miura ori” (a la izquierda) es una forma de doblado introducida por el profesor honorario Miura Kōryō, del JAXA, la Agencia de Exploración Espacial Japonesa. Se puede abrir y cerrar con gran facilidad simplemente tirando del rectángulo hacia las líneas diagonales o presionando sobre ellas. Las latas de aluminio -latas adiamantadas- empleadas como envase para el Chu-Hi (derecha) también se basan en las investigaciones en ingeniería aeroespacial del profesor Miura.

En el campo de los satélites artificiales es ampliamente conocida la tecnología denominada “Miura ori” (doblado Miura), que se utiliza para plegar los paneles solares, pero hay otra estructura relacionada que ha hecho su aparición recientemente, la llamada diamond pattern (patrón de diamante), utilizada para las latas de Chu-Hi, una bebida alcohólica de Japón. Cuando se abre la lata, al tiempo que se escucha el burbujeo típico de las bebidas carbonatadas, también aparecen unas facetas diamantinas en su superficie, un efecto que resultará muy familiar para muchos japoneses.

Además hay todo tipo de aplicaciones prácticas del origami que van llegando a nuestro día a día, desde botellas de plástico fácilmente arrugables hasta chasis de vehículos ligeros pero resistentes, o airbags plegables al estilo origami.

En arquitectura también se investiga sobre la forma de plegar maderas o paneles metálicos para usarlos como materiales en la construcción de estructuras tridimensionales, y en el campo de la medicina hay avances como el “doblado cohombro”, un nuevo tipo de venas artificiales (stent), o modelos de origami para asistir en el movimiento alveolar a los pacientes que reciben tratamiento por enfermedades pulmonares; en todo tipo de investigaciones prácticas se están produciendo avances.

El Laboratorio de Propulsión a Chorro (JPL, por sus siglas en inglés), de la NASA, la Administración Nacional de la Aeronáutica y el Espacio, de Estados Unidos, es un proyecto conjunto con investigadores de la Universidad Brigham Young en el que, por medio del uso de técnicas de origami, se están desarrollando paneles solares capaces de reducir diez veces su tamaño una vez plegados. (Imagen de un modelo de prueba, BYU/NASA)

El profesor Tachi Tomohiro, de la Universidad de Tokio, busca la aplicación del origami en la arquitectura. En la fotografía se muestra un ejemplo de diseño para un edificio plegable. (Imagen cortesía de Tachi Tomohiro)

La búsqueda de avances tecnológicos que permitan la producción en masa

De este modo, las técnicas japonesas de doblado han venido cobrando importancia para su aplicación a un amplio abanico de campos, como la medicina, los transportes, la construcción y la industria aeronáutica, entre otros, pero únicamente las estructuras de panal se han visto ligadas a una verdadera producción en masa.

En noviembre de 2014, el ya mencionado profesor Saitō Kazuya de la Universidad de Tokio logró demostrar con éxito una nueva forma de construir estructuras de panal. Tradicionalmente se sumaban varias capas de material que al expandirse formaban la estructura de panal, pero con el método del profesor Saitō se utiliza una única capa estilo origami a la que se realizan unas incisiones con las que se consigue que el producto logre una forma tridimensional. Con esta técnica se pueden construir con facilidad estructuras de panal de gran resistencia y rigidez, y además de reducir el coste de producción se espera que en el futuro se puedan lograr paneles de superficies aún más complejas como las curvas.

El Trascore es un panel que presenta una superficie endentada con formas triangulares. Es fácil de curvar, y sin embargo es un material barato que se puede moldear y es resistente al fuego. (Imagen cortesía del profesor Hagiwara)

Por otro lado, el equipo del profesor Hagiwara, de la Universidad Meiji, ha desarrollado un panel llamado Trascore (o núcleo diamantino), que también puede lograr una superficie curva con facilidad, y además resistente al fuego. Además, si se encajan dos paneles con el mismo diseño, uno sobre el otro, se logra una especie de “bocadillo” de superficie plana, de una resistencia entre siete y ocho veces mayor, pero cuyo coste de producción es un tercio del coste de las estructuras de panal convencionales. Al parecer ya se están realizando pruebas con paneles solares de helióstato, con pilas de litio y con la estructura de los suelos de los trenes, entre otras aplicaciones.

El equipo de Hagiwara también trata de desarrollar una impresora 3D de origami, que a diferencia de los modelos más vanguardistas de impresoras 3D puede imprimir esquemas descomprimidos de origami a partir de datos tridimensionales. Mediante el uso de estos datos en el futuro se podrán fabricar todo tipo de objetos sin necesidad de usar equipamiento excesivamente caro. Los desarrollos en la introducción de todo tipo de robots en la industria, como los robots de soldadura o los de doblado, continúan.

Pese a que el origami es una tradición de raíces antiguas, la industria basada en ella es aún un campo de investigación muy nuevo. Habrá que permanecer atentos a los nuevos avances en las técnicas de plegado y ensamblaje que produzca, y en sus aplicaciones prácticas en la industria tecnológica, tanto por parte de Japón como del resto de países.

(Artículo escrito en enero de 2015 por el comité editorial de nippon.com a partir de materiales de la Organización Estratégica Intelectual de investigadores de la Universidad Meiji, y traducido al español del original en japonés / Imagen del titular: Hagiwara Ichirō, profesor de la Universidad Meiji; cortesía de Yamada Shinji)