Оригами пленило целые поколения своей замысловатой красотой.
Репрезентативное изображение
iStock
Оригами, тонкое японское искусство складывания фигурок из бумаги, пленило целые поколения своей изысканной красотой.
Теперь исследователи полагают, что эта древняя практика может стать ключом к созданию следующего поколения революционных материалов.
Исследователи из Технологического института Джорджии изучают потенциал оригами для материалов, плавно переходящих от жесткой устойчивости к контролируемой гибкости — буквально «складывающихся» под действием определенных сил.
Этот инновационный подход может способствовать развитию различных областей: от спасающих жизни сердечных стентов до адаптируемых крыльев самолетов и высокопроизводительных кроссовок.
«За последнее десятилетие оригами привлекло к себе много внимания благодаря своей способности развертывать или трансформировать структуры», — сказал Джеймс МакИнерни, ведущий автор, который в настоящее время является научным сотрудником NRC в Исследовательской лаборатории ВВС.
Он объясняет, что команда руководствовалась фундаментальным вопросом: как различные типы складок могут точно контролировать деформацию материала под действием различных давлений?
Последствия значительны. В таких отраслях, как строительство, аэрокосмическая промышленность и судоходство, часто приходится искать компромисс между прочностью и весом.
МакИнерни добавил: «Наша цель — улучшить несущие конструкции, добавив складки в стиле оригами, но без увеличения веса».
Оригами в стиле трапеции
Однако сложность заключается в том, чтобы достаточно хорошо понять физику, чтобы точно предсказать, какие складки и каким образом применены, дадут желаемые результаты.
Представьте себе лист бумаги. Вы можете держать его, он твердый. Но вы также можете его мять, складывать, махать им. Это сочетание прочности и гибкости полезно, но также и сложно для понимания.
В отличие от обычных твердых тел с предсказуемым поведением, эти гибкие материалы могут деформироваться бесчисленным количеством способов, делая традиционные физические модели неадекватными. Именно здесь подход оригами предлагает новую перспективу.
Традиционно моделирование материалов, вдохновленных оригами, было сосредоточено на параллелограммных складках, с использованием таких форм, как квадраты и прямоугольники. Это ограничивало типы достижимых деформаций.
«Наша цель состояла в том, чтобы расширить это исследование и включить в него трапециевидные лица», — сказал МакИнерни.
Трапеции, имеющие только один набор параллельных сторон, вносят большую изменчивость и потенциал для более сложных деформаций.
Требуются дополнительные исследования
Модели и эксперименты показали, что использование трапециевидных форм в конструкциях оригами открывает новые способы реагирования материалов на силы.
«Мы узнали, что можно использовать трапециевидные грани в оригами, чтобы ограничить изгиб системы в определенных направлениях, что обеспечивает иную функциональность по сравнению с гранями параллелограмма», — добавил МакИнерни.
Команда утверждает, что текущая работа носит теоретический характер, но эти фундаментальные идеи открывают захватывающие возможности для проектирования и использования таких адаптируемых структур.
Теперь они изучают еще более сложные четырехугольные формы и разрабатывают эффективные модели для прогнозирования их поведения. Следующий шаг — понять, как эти конструкции могут быть изготовлены и тщательно протестированы, чтобы убедиться, что они работают так, как предсказано в реальных приложениях.
«Для этого необходимо понять, где наши модели начинают давать сбои, будь то из-за условий нагрузки или процесса изготовления, а также разработать эффективные протоколы производства и испытаний», — заявил автор.
Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Communications.
Sourse: interestingengineering.com
