Los secretos del origami en la naturaleza asombran a la ciencia y la tecnología

La naturaleza perfeccionó el arte del plegado mucho antes de que surgiera el concepto de origami biológico entre los humanos.

Desde el cuello extensible del protista Lacrymaria olor, capaz de alcanzar más de 30 veces su tamaño casi instantáneamente, hasta las alas del tijereta, que se extienden a más de 10 veces su área original sin radares, ni comunicación por radio, los mecanismos de plegado presentes en insectos y otros organismos inspiran una nueva generación de innovaciones en robótica y diseño estructural.

Instituciones como Stanford University, ETH Zurich, Purdue University y la Pontificia Universidad Católica de Chile investigan cómo estos patrones naturales pueden transformar la ingeniería de drones plegables y robots, según Knowable Magazine.

Principios físicos y biológicos detrás del plegado

El caso de L. olor resulta particularmente llamativo: este organismo unicelular acecha a su presa y despliega o retrae su cuello con notable precisión y velocidad. Su secreto reside en una forma de origami celular: la membrana externa se pliega en curvas que pueden abrirse y cerrarse a voluntad.

El bioingeniero Manu Prakash, de Stanford, afirma que este mecanismo, denominado “Lacrygami”, es una solución origen natural que antecede a cualquier invención humana. La estructura del cuello, sostenida por microtúbulos helicoidales, almacena y libera la membrana de forma controlada a través de puntos de singularidad que concentran la energía de plegado, asegurando un despliegue siempre preciso.

En el reino animal, el tijereta proporciona otra muestra sorprendente. Sus alas posteriores, escondidas bajo las anteriores, se extienden mediante pliegues complejos que combinan líneas rectas y curvas. Este sistema, que no exige músculos, permite que las alas pasen de un estado compacto a uno extendido en un solo movimiento.

Andres Arrieta, ingeniero mecánico de Purdue University, y André Studart, especialista en ciencia de materiales de ETH Zurich, identificaron tres rasgos clave: la gran diferencia de área entre los estados plegado y desplegado, la estructura biestable (estable tanto cerrada como abierta) y la existencia de pliegues curvos. La resilina, una proteína elástica presente en el ala, actúa como resorte y facilita el cambio de estado, al tiempo que garantiza la estabilidad de la estructura.

Estos ejemplos naturales motivaron a los científicos a investigar los principios físicos y biológicos del origami en la naturaleza. El físico Lakshminarayanan Mahadevan, de Harvard University, destaca que el origami se sitúa en un punto de equilibrio entre restricciones y libertad, permitiendo verdaderas hazañas mecánicas.

Durante el desarrollo del intestino en polluelos, por ejemplo, las variaciones en grosor y rigidez de los tejidos originan pliegues diversos, desde arrugas en el intestino grueso hasta pliegues en zigzag en el delgado. Fuerzas físicas y propiedades mecánicas guían estos procesos, explicando también la formación de arrugas cerebrales y otros pliegues biológicos complejos.

Innovación e inspiración: del plegado natural a la tecnología

La traducción de estos fundamentos al área de la ingeniería permitió avances significativos en robótica y diseño. Inspirados en el ala del tijereta, Arrieta y Studart diseñaron, mediante impresión 3D, una membrana con resortes integrados capaz de desplegarse y plegarse por sí sola. La clave fue incluir estos “resortes elásticos” en los pliegues, replicando así el comportamiento del ala natural.

Según Arrieta: “Incorporar los resortes elásticos en los pliegues fue fundamental para capturar el comportamiento del ala”. Este tipo de estructuras biestables, que solo requieren un mínimo esfuerzo para cambiar de estado, podría aplicarse en el futuro en alas plegables para drones, facilitando su almacenamiento y despliegue eficiente.

El interés por el origami en ciencia y tecnología no es reciente. Aunque el arte de plegar papel se practica en Japón desde el siglo VI, el astrofísico japonés Koryo Miura desarrolló en 1985 el plegado Miura-ori, un patrón de pliegues rígidos utilizado para empacar y desplegar paneles solares, estrenado en el satélite Space Flyer Unit en 1995.

Mucho antes de su aplicación tecnológica, la naturaleza ya mostraba patrones similares, como demostraron Mahadevan y Sergio Rica en 2005, al revelar que la compresión de una piel rígida sobre un sustrato blando puede generar pliegues tipo Miura-ori, fenómeno comparable a la formación de montañas y valles en la corteza terrestre.

La biomimética, disciplina que busca inspiración en la naturaleza para resolver problemas de diseño humano, se consolidó como un campo esencial para la innovación. Los mecanismos de plegado biológico, robustos y eficientes, ofrecen soluciones que, en ocasiones, superan a los diseños artificiales y permiten movimientos precisos y repetibles.

Replicar la perfección del origami natural sigue siendo un desafío: mientras que en el origami tradicional existen múltiples formas válidas de plegado, en la naturaleza la secuencia está matemáticamente restringida, garantizando la fiabilidad incluso tras decenas de miles de ciclos.

Aunque se lograron avances notables, científicos y especialistas reconocen que el origami continúa siendo un terreno fértil para la investigación. Prakash sostiene en Knowable Magazine que el origami trasciende el mero juego: siempre queda algo nuevo por descubrir en sus pliegues.