Американские ученые нашли новую технологию проектирования надежных конструкций, которые складываются и раскладываются одним движением. Их можно свернуть на Земле перед запуском космического аппарата и развернуть уже в космосе, сэкономив в полете пространство. По форме они напоминают распускающийся цветок со строгими геометрией и симметрией.
Авторы нового исследования отметили, что одним из первых узоры оригами применил в инженерии Йоши Йошимура. Ученый впервые наблюдал ромбовидную структуру при осевом сжатии тонкостенного цилиндра. Четырехугольники, каждый из которых представляет собой соединение двух треугольников, могут складываться и вращаться при осевом сжатии.
Затем появились и другие паттерны, на основе которых разрабатывали многочисленные геометрические формы, структуры, конструкции и механизмы, скручивающиеся, расширяющиеся и сжимающиеся во всех направлениях. Им находили применение в производстве гибких солнечных батарей и спутниковых антенн для использования в космосе.
Изучив предыдущие исследования, инженеры из Университета Бригама Янга (США) открыли целое семейство оригами, которое может лечь в основу проектирования надежных и в то же время простых конструкций, необходимых и в космосе, и на Земле. Их принцип одинаков: подобно бутону цветка, они из плоского диска (в сложенном состоянии) плавным движением разворачиваются в трехмерную форму, будто распускаются лепестки. Неслучайно изобретение получило название bloom patterns.
Ученые классифицировали узоры по форме, геометрии складок, их вращательной симметрии и создали математическую модель, описывающую общий принцип действия. В центре каждого цветка лежит многоугольник, а перекрывают его при развертывании симметричные «лепестки»-клинья. Подробно типы узоров исследователи описали в статье, опубликованной в журнале Proceedings of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences.
Инженеры испытали модели сначала на бумаге, потом на пластике и акриловых панелях. Независимо от материала и его толщины, «бутоны» распускались безотказно. Это означает, что технологию можно масштабировать. Ей можно найти применение, например, в оптических устройствах для спутников и других космических аппаратов либо использовать для сборно-разборных сооружений или даже в робототехнике.