Инженерите от Принстън извиват, разтягат и нагъват структури, за да създадат нов тип оригами, който променя формата и свойствата си в отговор на променящите се обстоятелства. Новият метод може да бъде полезен за протези, антени и други устройства.
Когато едно устройство трябва да се побере в компактно пространство – в космически кораб или хирургически инструмент – и след това да се разгъне в сложна форма, оригами често е потенциално решение. Но повечето форми от този тип са ограничени до няколко определени модела, след като веднъж са направени сгъвките.
Екип от Принстън, ръководен от Глаусио Паулино, иска да създаде структури, които реагират на външни стимули по различни начини, а не само с няколко стандартни реакции. За да постигне това, екипът се обръща към техника, наречена геометрична фрустрация.
Структура, базирана на оригами, ще се сгъва и извива по определен начин в зависимост от свойствата на материала и геометрията на структурата. Когато инженерите предотвратяват това естествено движение, те го наричат „фрустриране“ на структурата. В повечето случай това е недостатък, но в конкретния тя разширява набора им от инструменти.
„Понякога фрустрацията е желателна“, казва Паулино, професор по инженерство в Принстън. Фрустрацията позволява на дизайнерите да накарат оригамито да следва модели, които обикновено не са позволени от неговата геометрия. „Това отваря много възможности за неща, които можем да проектираме, а които никога преди не сме могли да направим.“
В статия, публикувана в Proceedings of the National Academy of Sciences, изследователите описват как са добавили еластични компоненти към цилиндрични оригами структури, наречени клетки на Креслинг. Еластичните секции действат като пружини. Чрез контролиране на реакцията на пружините към сила, изследователите са успели да изпълнят прецизни модели на сгъване на клетките, които не биха били възможни без пружините.
Паулино каза, че пружините позволяват на дизайнерите да въведат вътрешна енергия в сгънатата структура, използвайки предварително напрежение. Това предварително напрежение позволява на оригамито да реагира по начини, които не са възможни с обикновени материали. Например, инженерите могат да въведат усукваща се пружина, която върти оригамито по определен начин; могат да добавят пружина по главната ос на структурата, която или притиска структурата в компактна форма, или я разтяга.
Като комбинират фрустрирани клетки в купчини, инженерите успяват да разработят материали с фин контрол върху свойствата на материала, като твърдост. Например протеза на крак, изработена с тази система, може да се втвърди, за да осигури опора при ходене по равна повърхност, но да се преконфигурира в по-гъвкаво състояние за изкачване на стълби. Дизайнерите могат също да създават регулируеми метаповърхности, които се използват в антени и оптика.
„Използването на фрустрацията ни позволява да препрограмираме механиката на оригами, например да превърнем произволно сгъване на Креслинг в прецизни, контролируеми последователности и да отворим нови възможности за напреднали приложения“, каза Диего Мисерони, сътрудник от Университета в Тренто.
„Можем да програмираме всяка механична характеристика, която пожелаем, така че това е доста уникално“, каза Туо Джао, постдокторант в групата на Паулино.
Екипът вижда потенциално въздействие на този тип структура в много области. Тази фрустрирана оригами система може да се комбинира с други техники и материали, които могат да се променят според нуждите, според Шикси Занг, постдокторант и първи автор на статията. Един пример е използването на фрустрирана оригами за разработване на отзивчиви, модулни устройства като пасивен сенник, който се отваря и затваря в зависимост от околната температура.
Източник: TechXplore
