Инженеры из Университета Мичигана впервые продемонстрировали возможность создания несущих конструкций, таких как мосты и укрытия, с помощью оригами-модулей - универсальных компонентов, которые могут компактно складываться и принимать различные формы. Это достижение может позволить сообществам быстро восстанавливать поврежденные или разрушенные сооружения и системы в результате природных катастроф, а также строить в местах, которые ранее считались непрактичными, включая космическое пространство.
Технология также может использоваться для строительства сооружений, которые нужно быстро собирать и разбирать, таких как концертные площадки и сцены для мероприятий. «Благодаря своей адаптивности и способности выдерживать нагрузку, наша система может строить сооружения, которые могут использоваться в современном строительстве», - сказал Евгений Филипов, доцент кафедры гражданского и окружающего инженерного дела и механической инженерии, соавтор исследования.
Принципы оригами позволяют складывать большие материалы и сжимать их в небольшие пространства. И с учетом растущей популярности модульных строительных систем, возможности для компонентов, которые легко хранятся и транспортируются, становятся все шире. Исследователи многие годы пытались создать оригами-системы с необходимой грузоподъемностью, сохраняя при этом возможность быстрого развертывания и переконфигурации.
Инженеры из Университета Мичигана создали оригами-систему, которая решает эту проблему. Примеры того, что может создавать эта система, включают:
1) Колонну высотой 1 метр, которая может выдерживать нагрузку в 2,1 тонны, при этом сама весит немного более 16 фунтов, а площадь основания составляет менее 1 квадратного фута.
2) Упаковку, которая может развернуться из куба шириной 1,6 фута и превратиться в различные структуры, включая 13-футовый пешеходный мост, 6,5-футовую автобусную остановку и 13-футовую колонну.
Ключом к этому решению стал новый подход к проектированию, предложенный И Чжу, научным сотрудником в области машиностроения и первым автором исследования. «Когда люди работают над концепциями оригами, они обычно начинают с идеи тонких моделей, сложенных из бумаги, — при условии, что ваши материалы будут тонкими, как бумага», — сказал Чжу. «Однако, чтобы строить обычные конструкции, такие как мосты и автобусные остановки, с помощью оригами, нам нужны математические инструменты, которые могут напрямую учитывать толщину во время первоначального проектирования оригами».
Чтобы повысить несущую способность, многие исследователи пытались утолщать свои конструкции толщиной с бумагу в разных местах. Однако инженеры обнаружили, что единообразие является ключевым моментом. «Происходит следующее: вы добавляете один уровень толщины здесь, а другой уровень толщины там, и получается несовпадение», — сказал Филипов. «Поэтому, когда нагрузка проходит через эти компоненты, это начинает вызывать изгиб. Эта однородность толщины компонента — это то, что является ключевым моментом и чего не хватает во многих современных системах оригами. Когда у вас есть это, вместе с соответствующими фиксирующими устройствами, вес, приложенный к конструкции, может быть равномерно перенесен по всей конструкции».
Источник:
И Чжу и др., Крупномасштабные модульные и адаптируемые и несущие конструкции одинаковой толщины в стиле оригами (Yi Zhu et al, Large-scale modular and uniformly thick origami-inspired adaptable and load-carrying structures), Nature Communications (2024). DOI: 10.1038/s41467-024-46667-0
-------------------------------------
Вы можете поддержать проект подпиской на канал, реакциями и комментариями, а также подписавшись на наши страницы на других площадках и на сервисе поддержки авторов Бусти. Ссылки найдёте в описании канала. Заранее спасибо!
