За първи път носещи конструкции като мостове и заслони могат да бъдат направени с оригами модули - многофункционални компоненти, които могат да се сгъват компактно и да се адаптират в различни форми - са демонстрирани от инженери от Мичиганския университет.
Изследването се ръководи от учения от български произход Евгени Филипов, доцент по гражданско строителство, екологично и машинно инженерство.
Работата на екипа е иновация, която може да позволи бързо да се възстановяват съоръжения и системи, повредени или унищожени по време на природни бедствия, или да позволи строителство на места, които преди са били считани за непрактични, включително космическото пространство.
Технологията може да се използва и за конструкции, които трябва да бъдат изградени и след това бързо разглобени, като места за концерти и сцени за събития.
„Притежавайки и адаптивност, и товароносимост, нашата система може да изгради конструкции, които могат да се използват в съвременното строителство“, отбелязва Евгени Филипов, който е и автор - кореспондент на изследването в Nature Communications.
Принципите на японското изкуство оригами позволяват по-големи елементи да бъдат сгънати и свити в малък обем.
Доц. Филипов с разгънат елемент от оригами системата. Скрийншот от видеото.
При по-широкото приложение на модулните строителни системи възможността отделните компоненти да се съхраняват и транспортират по-компактно, е много полезно качество.
Да се създадат оригами системи с необходимата носимоспособност, като същевременно запазват способността си бързо да се разгъват и преконфигурират, не е лесна задача.
Инженерите на Мичиганския университет са създали оригами система, която решава този проблем. Ето два примера от тяхната система:
- Колона с височина 1 метър, която може да издържи 2.1 тона тегло, докато самата тя тежи малко над 7 кг и със сечение от по-малко от 0.1 кв м, еквивалентно на квадрат 30/30 см.
- Пакет, който може да се разгъне от куб с ширина 50 см, за да се разположи в различни структури, включително: пешеходен мост с дължина 4 м, автобусна спирка с височина 2 м и колона с височина 4 м.
Решаваща роля за постижението има идеята за различен подход към дизайна на И Джу (Yi Zhu), научен сътрудник по машинно инженерство и първи автор на изследването.
"Когато хората работят над концепцията оригами, те обикновено започват с идеята за тънки модели, сгънати от хартия, приемайки, че материалите ще бъдат тънки като хартия", коментира Джу.
Но дебелината на конструктичния елемент не може да се пренебрегва при изчислението на обичайните строителни конструкции като мостове например, обяснява Джу и казва, че "директно трябва да се вземе предвид дебелината по време на първоначалния дизайн на оригами."
За да увеличат носимоспособността на конструкцията, много изследователи са се опитвали да удебелят своите тънки като хартия конструкции на различни места. Екипът на Мичиганския университет обаче установи, че еднаквата дебелина е ключова.
Ако се добавя една дебелина тук, друга - там, и се получава несъответствие, посочва Филипов. "Така че когато натоварването се пренася през такива компоненти, той започва да причинява огъване."
"Тази равномерност на дебелината на компонента е важна и точно това липсва на много настоящи оригами системи. Когато имаме налице тази еднаква дебелина, заедно с подходящи заключващи устройства, товарът върху конструкцията може да бъде равномерно прехвърлена навсякъде."
Сгънат елемент от оригами системата на екипа на Мичиганския университет. Скрийншот от видеото.
Освен способността да носенето на голям товар, тази система - известна като модулна равномерно дебела система, вдъхновена от оригами - може да адаптира формите си, за да стане мостове, стени, подове, колони и много други конструкции.
Изследванията на Мичиганския университет са подпомогнати от университетския мултифизичен последователно работещ оригами симулатор (SWOMPS - Sequentially Working Origami Multi-Physics Simulator). Това е симулатор, който точно предсказва поведението на мащабни оригами системи. Разработена в Мичиганския университет, системата е достъпна за обществеността от 2020 г.
Справка: Zhu, Y., Filipov, E.T. Large-scale modular and uniformly thick origami-inspired adaptable and load-carrying structures. Nat Commun 15, 2353 (2024). https://doi.org/10.1038/s41467-024-46667-0
Източник: Bridge in a box: Unlocking origami’s power to produce load-bearing structures, University of Michigan
Коментари
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!
Няма коментари към тази новина !
Последни коментари