Аннотация:
Скорее всего, вы видели сферу Хобермана — динамическую решетку из сочлененных стержней, которая может сжиматься или расширяться при небольшом ручном усилии. Вдохновленная древним японским искусством оригами и вырезания из бумаги, исследовательская группа из Гарвардского университета в США и Токийского университета в Японии разработала серию расширяемых структур.
Они похожи на шарики Хобермана, также соединенные стержнями и ножницами. Исследователи называют это «складной ножничной поверхностью и плоской композитной решеткой», но, возможно, было бы круче и проще печатать, если бы ее назвали «Хобегами».
В этом исследовании плоская композитная решетка в форме тора может быть сложена в цилиндр. «Оригами показывает, как складки кодируют форму, а киригами показывает, как разрезы освобождают от движения и придают конструкции функцию», — говорит старший автор Лакшми Нараянан Махадеван, профессор прикладной математики, биологии организмов и физики в Гарвардском университете. «Это исследование представляет собой взаимодополняемость. Вопрос: Чего можно достичь, когда основными строительными блоками больше не являются складки или разрезы, а соединения?»
Для объектов, инструментов, конструкций и транспортных средств складность является ценной конструктивной особенностью, когда объем, а не только масса, является ограничивающим фактором. Независимо от того, летите ли вы на подводной лодке, грузовом самолете или космическом корабле для пополнения запасов космической станции, если вы можете нести расходы на топливо из-за дополнительного веса, то вместо того, чтобы уменьшать количество переносимых вами предметов и выбирать нескладные предметы, вы можете загрузить больше складной мебели, шлемов, хирургических имплантатов, жилых помещений, кубсатов, скафандров, летающих торов и летающих крыльев, тем самым уменьшая количество дорогих и рискованных транспортных средств.
Чтобы сделать складчатость основной особенностью проектирования объектов, команда Тойонаги разработала алгоритм аналитического проектирования, который может постепенно создавать сложные ножничные поверхности. Тойонага объясняет: «Общую форму можно понять с помощью чисто локальных правил, которые могут сформировать полную структуру на основе ряда простых геометрических решений».
Этот подход «блок за блоком» заключается в построении соединения за соединением, если быть точным, начиная с одного соединения и двигаясь вверх, чтобы построить целое, а не начинать с полной формы, а затем работать в обратном направлении, чтобы получить отдельные соединения внутри нее. Весь процесс требует лишь нескольких расчетных параметров.
Используя этот метод, команда Тойонаги вместе с Колтером Дж. Декером и Робертом Дж. Вудом из Гарвардского университета, а также Сери Нисимото и Томохиро Тейт из Токийского университета спроектировали и изготовили конструкции самых разных форм, включая спирали, торы и конструкции типа «яичная коробка».
Эти динамические структуры, возможно, не полностью соответствуют впечатляющим описаниям в статье исследовательской группы, но у планарной композитной решетки Гарварда есть еще одно дополнительное преимущество, не упомянутое в статье: эстетика. Благодаря своим элегантным геометрическим формам эти конструкции «Хобегами» могут вдохновить больше дизайнеров на включение возможности складывания в дизайн продуктов. В конце концов, кто бы выбрал статичный предмет, если бы вы могли выбрать продукт, который динамически меняет форму, например низкотехнологичную версию Трансформеров, вместо утилитарной коробки, стула, стола, палатки или другого предмета?
Комментарии