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Enciclopedia Universo

El software simple crea uniones de madera complejas que se entrelazan sin necesidad de clavos, pegamento o herramientas

Tsugite Designed Chair

Silla diseñada por Tsugite

Los complejos componentes entrelazados significan que no se necesitan herramientas. Crédito: © Larsson et al.

Un sistema interactivo para diseñar y fabricar juntas de madera estructuralmente sólidas.

La madera se considera un material de construcción atractivo tanto para fines estéticos como ambientales. La construcción de objetos de madera útiles requiere estructuras complicadas y formas de conectar componentes entre sí. Los investigadores crearon una nueva aplicación de diseño 3D para simplificar enormemente el proceso de diseño y también proporcionar instrucciones de la máquina de fresado para producir de manera eficiente los componentes diseñados. Los diseños no requieren clavos ni pegamento, lo que significa que los artículos fabricados con este sistema se pueden ensamblar, desmontar, reutilizar, reparar o reciclar fácilmente.

La carpintería es una práctica tan antigua como la propia humanidad. Arte e ingeniería a partes iguales, ha dado forma figurada y literalmente al mundo que nos rodea. Sin embargo, a pesar de su ubicuidad, la carpintería es una habilidad difícil y que requiere mucho tiempo, lo que genera precios relativamente altos para artículos de madera hechos a mano como muebles. Por esta razón, muchos muebles de madera que nos rodean a menudo, al menos hasta cierto punto, están hechos por máquinas. Algunas máquinas pueden estar altamente automatizadas y programadas con diseños creados en computadoras por diseñadores humanos. Esto en sí mismo puede ser un desafío muy técnico y creativo, fuera del alcance de muchos, hasta ahora.

Interfaz Tsugite

Tsugite tiene una interfaz intuitiva para presentar a los usuarios opciones de diseño. Crédito: © Larsson et al.

Investigadores del Departamento de Informática Creativa de la Universidad de Tokio han creado una aplicación de diseño en 3D para crear componentes estructurales de madera de forma rápida, sencilla y eficiente. Lo llaman Tsugite, la palabra japonesa para carpintería, y a través de una sencilla interfaz 3D, los usuarios con poca o ninguna experiencia previa en carpintería o diseño 3D pueden crear diseños para estructuras de madera funcionales en minutos. Estos diseños pueden instruir a las fresadoras para que tallen los componentes estructurales, que los usuarios pueden ensamblar sin necesidad de herramientas o adhesivos adicionales, siguiendo las instrucciones en pantalla.

“Nuestra intención era poner el arte de la ebanistería al alcance de personas sin experiencia específica. Cuando probamos la interfaz en un estudio de usuario, las personas nuevas en el modelado 3D no solo diseñaron algunas estructuras complejas, sino que también disfrutaron haciéndolo ”, dijo la investigadora Maria Larsson. “Tsugite es fácil de usar, ya que guía a los usuarios a través del proceso paso a paso, comenzando con una galería de diseños existentes que luego se pueden modificar para diferentes propósitos. Pero los usuarios más avanzados pueden pasar directamente a un modo de edición manual para una mayor creatividad de forma libre ".

Combinaciones conjuntas

Las siete formas únicas en que se pueden unir dos piezas en Tsugite. Crédito: © Larsson et al.

Tsugite ofrece a los usuarios una vista detallada de las juntas de madera representadas por lo que se conocen como vóxeles, esencialmente píxeles 3D, en este caso pequeños cubos. Estos vóxeles se pueden mover en un extremo de un componente que se va a unir; esto ajusta automáticamente los vóxeles al final del componente correspondiente, de modo que se garantiza que encajarán firmemente sin necesidad de clavos o incluso pegamento. Se pueden unir dos o más componentes y el algoritmo de software se ajustará en consecuencia. Los diferentes colores informan al usuario sobre las propiedades de las juntas, como la facilidad con que se deslizarán juntas, o problemas como posibles debilidades.

Algo que hace que Tsugite sea único es que tendrá en cuenta el proceso de fabricación directamente en los diseños. Esto significa que las fresadoras, que tienen limitaciones físicas como sus grados de libertad, tamaño de herramienta, etc., solo reciben diseños que pueden crear. Algo que ha afectado a los usuarios de impresoras 3D, que comparten un ancestro común con las fresadoras, es que el software para impresoras 3D no siempre puede estar seguro de cómo se comportará la máquina, lo que puede dar lugar a impresiones fallidas.

“Existe una gran investigación en el campo de los gráficos por computadora sobre cómo modelar una amplia variedad de geometrías de juntas. Pero ese enfoque a menudo carece de las consideraciones prácticas de fabricación y propiedades del material ”, dijo Larsson. “Por el contrario, la investigación en los campos de la ingeniería estructural y la arquitectura puede ser muy exhaustiva en este sentido, pero es posible que solo se ocupe de algunos tipos de juntas. Vimos el potencial de combinar las fortalezas de estos enfoques para crear Tsugite. Puede explorar una gran variedad de articulaciones y, sin embargo, las mantiene dentro de límites físicos realistas ".

Otra ventaja de incorporar limitaciones de fabricación en el proceso de diseño es que los algoritmos subyacentes de Tsugite tienen más facilidad para navegar por todas las diferentes posibilidades que podrían presentar a los usuarios, ya que las que son físicamente imposibles simplemente no se ofrecen como opciones. Los investigadores esperan que, a través de más refinamientos y avances, Tsugite pueda ampliarse para diseñar no solo muebles y estructuras pequeñas, sino también edificios completos.

“Según la ONU, la industria de la edificación y la construcción es responsable de casi el 40% de las emisiones mundiales de dióxido de carbono. La madera es quizás el único material de construcción natural y renovable que tenemos, y una carpintería eficiente puede agregar más beneficios de sustentabilidad ”, dijo Larsson. “Cuando se conectan maderas con carpintería, a diferencia de las fijaciones metálicas, por ejemplo, se reduce la mezcla de materiales. Esto es bueno para clasificar y reciclar. Además, las juntas no pegadas se pueden desmontar sin destruir los componentes del edificio. Esto abre la posibilidad de que los edificios se desmonten y vuelvan a montar en otro lugar. O para la sustitución de piezas defectuosas. Esta flexibilidad de reutilización y reparación agrega beneficios de sostenibilidad a la madera ”.

Referencia: "Tsugite: Diseño interactivo y fabricación de juntas de madera" por Maria Larsson, Hironori Yoshida, Nobuyuki Umetani y Takeo Igarashi, octubre de 2020, Actas del 32º Simposio anual de ACM sobre software y tecnología de interfaz de usuario (UIST ’20).DOI: 10.1145 / 3379337.3415899

Esta investigación cuenta con el apoyo de la subvención JST ACT-I número JPMJPR17UT, la subvención JSPS KAKENHI número 17H00752 y la subvención JST CREST número JPMJCR17A1, Japón.