Инженеры всё чаще обращаются к оригами, когда нужно решать самые разные задачи создавать оборудование для операций освоении космоса и даже останавливать пули. Но как оригами связано с современными технологиями? Оригами означает складывание бумаги. Искусство зародилось в Японии больше 400 лет назад, но тогда ему не хватало разнообразия, схем в те времена было совсем немного, штук 100–200 на всю Японию, сейчас их десятки тысяч, это только зафиксированных. Большинство из них появилось в XX–веке, самый известный и плодовитый на схемы мастер оригами- Акира Есидзава. Он придумал тысячи новых моделей и написал кучу книг про оригами. Благодаря ему искусство оригами пережила новый рассвет.
Откуда от оригами столько пользы, при разработке новых конструкций создание механизмов для космоса? Как получилось так ,что оригами применяют в разных областях?
Оригами дает возможность придать плоскому листу материала нужную форму относительно простым способом, вот пример: Полицейский бронированный щит, выполненный в технике Миура-ори. Щит очень компактен в сложенном состоянии, высокомобилен, раскладывается за несколько секунд и прекрасно выполняет свою основную функцию – защиту от пуль. Может укрыть за собой до трёх человек одновременно. Разработан он командой учёных из частного американского Университета имени Бригама Янга.
Жёсткий материал просто так не получится сложить, чтобы решить эту проблему инженеры делают специальные вырезы на месте сгиба. Инженеры научились складывать листы жёсткого материала, что пригодилось при проектировании солнечных батарей. Самой известной и распространённой инженерной находкой оригами стала схема Миура-ори. Японский астрофизик Корё Миура придумал её в 1970 году, предложив использовать схему складывания, основанную на принципах жёсткого оригами, где складки рассматриваются как петли, соединяющие две плоские твёрдые поверхности. В отличие от обычных методов, складки в схеме Миура-ори расположены не чётко вертикально и горизонтально, а наклонены друг к другу под углами 84 и 96 градусов. Материал, сложенный по данной модели, очень легко разворачивается – для этого нужно всего лишь потянуть за два противоположных угла конструкции. Толщина сложенной модели Миура-ори зависит только от толщины используемого материала. Вначале модель использовалась для складывания больших бумажных документов и карт местности. Отсутствие многослойных складок уменьшает нагрузку на бумагу и позволяет свернуть или развернуть её одним движением.
Настоящий прорыв для Миура-ори происходит в 1995 году, когда это изобретение используется для разворачивания в космосе солнечных батарей японского спутника Space Flight Unit. Метод профессора Миура значительно упростил конструкцию и позволил сократить количество двигателей, необходимых для раскладывания фотоэлементов в космосе. Впоследствии эта конструкция использовалась и в японском телескопе JamesWebb. Деталь была сложена втрое в компактную структуру, а в космосе разворачивалась в двух местах.
Предложенная схема положила начало целому разделу в инженерном применении жёсткого оригами. С 2005 года в Японии начали создаваться различные целевые группы по применению методов оригами в практических целях, в промышленности. Одни занимались поиском оптимального решения для складывания всевозможных жёстких устройств с шарнирным соединением. Другие рассматривали возможность использования техники оригами в конструкции автомобиля, корпус которого более устойчив к разрушению в момент аварии, но в то же время может разрушаться определённым заданным образом, нанося меньше повреждений пассажирам. Третьи анализировали возможность применения принципов жёсткого оригами для космического корабля, использующего в качестве движителя солнечный или электрический парус. Такие космические паруса должны иметь большую площадь, а значит необходимо отработать дешёвую, но надёжную схему их транспортировки с Земли. Успешное развёртывание в космосе первого в мире солнечного паруса, сложенного с использованием принципов оригами, впервые произошло в 2004 году, а в 2010 году японский аппарат IKAROS впервые использовал космический парус в качестве двигателя. Аппарат был оснащён более совершенной моделью солнечного паруса – мембраной площадью 196 квадратных метра (14 на 14 метров) и толщиной несколько микрометров. Благодаря тому, что при сворачивании использовалась техника оригами, мембрана успешно развернулась без каких-либо повреждений. Правда, сам процесс занял почти неделю.
Технология оригами помогла создать миниатюрные хирургические инструменты
Профессор Ларри Хоувелл и Спенсер Меглеби из Университета Бригама Янга (BYU), штат Юта совместно с профессором Брайаном Йенсеном разработали хирургический инструмент, основанный на принципах оригами-инженерии.
Цель, которую поставили перед собой учёные — создать хирургический инструмент, проникающий внутрь организма через крохотные разрезы. Уже внутри инструмент разворачивается и приводится в рабочее положение. По окончании операции он извлекается, а надрез быстро заживает без наложения швов.
Один из таких инструментов – роботизированный пинцет. Он настолько мал, что может проникнуть к оперируемому органу через 3-мм надрез.
В процессе создания первого инструмента ученые черпали вдохновение из модели оригами под названием «зубастик». При помощи этого устройства можно во время операции, например, держать шовный материал или зажимать кровеносные сосуды.