Когда люди оказываются в самых опасных условиях — например, во время катастрофы или при исследовании другой планеты — у них, как правило, возникает наибольшее количество потребностей и наименьшее количество ресурсов и времени.
Стоит ли им просто сдаться? Проклинать землетрясение или тайфун, или космическое агентство, отправившее их на Марс? Или же им следует вдохновиться древним японским искусством оригами и распечатать все свои решения на 3D-принтере прямо на месте?
Если вы спросите Акиба Замана, аспиранта факультета электротехники и информатики Массачусетского технологического института и ведущего автора книги «Одна нить, чтобы тянуть их все: быстрая сборка изогнутых конструкций из плоских ауксетических звеньев», он посоветует вам использовать оригами.
Итак, поправка: он объяснит, что разработанный им и его соавторами метод работает не как оригами (которое включает в себя только бумагу), а как киригами , которое может включать в себя вырезание и склеивание (или, в данном случае, прикрепление нити) для создания ауксетических устройств – то есть структур, которые утолщаются при растяжении и истончаются при сжатии.
Четыре трехмерные структуры (внизу) были преобразованы из плоских конфигураций, состоящих из взаимосвязанных плиток (вверху), одним движением нити.
Когда случается землетрясение, ураган или другое стихийное бедствие, людям срочно необходима медицинская помощь, и они не могут ждать доставки припасов с больших расстояний. Теперь им, возможно, не придется ждать, если они смогут воспользоваться методом, разработанным Заманом совместно с его соавторами из Массачусетского технологического института и аспиранткой Жаклин Асларус; постдокторантом Цзяцзи Ли; доцентом Стефани Мюллер, руководителем группы проектирования взаимодействия человека с компьютером (HCI) в Лаборатории компьютерных наук и искусственного интеллекта (CSAIL); и старшим автором Миной Конакович Лукович, доцентом и руководителем группы алгоритмического проектирования в CSAIL.
Используя их подход, люди могут печатать на 3D-принтере небольшие или большие секции соединенных между собой плиток, которые после натяжения одной нити или кабеля трансформируются из плоской формы практически в любую желаемую форму, включая шины, детали корпуса для складных роботов, иглу и массивные конструкции. И не имеет значения, какой метод изготовления доступен людям: 3D-печать, литье из пластика, фрезерование с числовым программным управлением (ЧПУ), которое режет и сверлит древесину, или аналогичные методы. Однако многоматериальный 3D-принтер был бы особенно полезен, поскольку для этих киригамоидных конструкций требуются шарниры из гибкого материала и плитки из жестких материалов.
Посмотрите следующее потрясающее видео (начинается оно медленно, но наберитесь терпения), чтобы увидеть не только 3D-печать этих киригамоидных конструкций, но и робота, тянущего за веревку, а также потенциально огромные здания, для протяжки троса которых потребуется строительный кран.
Одна нить, чтобы дернуть их всех [SIGGRAPH ASIA 2025] — Дополнительное видео
Хотя Заман и его коллеги не первые, кто использует киригами в промышленном дизайне, предыдущие попытки требовали множества этапов и высокоспециализированного оборудования. Хуже того, складывание их обратно в плоскую форму после использования было сложным или невозможным. «Из-за этих трудностей развертываемые конструкции, как правило, проектируются вручную и довольно просты с геометрической точки зрения», — объясняет Заман. «Но если мы сможем создавать более сложные геометрические формы, упрощая при этом механизм привода, мы сможем расширить возможности этих развертываемых конструкций».
Решение команды из MIT заключается в автоматическом преобразовании любой трехмерной формы в плоскую плиточную структуру, в которой каждая плитка соединяется со своими соседями шарнирами в каждом углу. Такой подход позволяет конструкции «надуваться» или «сдуваться» при натяжении одной нити. После трехмерного геометрического кодирования в ауксетические плитки алгоритм определяет наименьшее количество точек — и кратчайший путь с наименьшим трением — для надувания конструкции нитью. В отличие от предыдущих подобных раздвижных конструкций, система MIT легко «разворачивается» для удобного хранения и недорогой, простой транспортировки для повторного использования, что снижает потери ключевых ресурсов.
«Наш метод упрощает задачу для пользователя, — говорит Заман. — Все, что им нужно сделать, это ввести свой проект, а наш алгоритм автоматически позаботится обо всем остальном. Затем пользователю остается только изготовить плитку точно так, как это было рассчитано алгоритмом».
Ученые создали кресло в человеческий рост, которое может быть собрано и разобрано одним человеком.
Решения, которые предлагают киригамоидные шлемы, не обязательно должны быть радикальными, ведь даже, казалось бы, обыденные вещи могут спасти людей от травм и даже смерти. Например, некоторые люди не используют велосипедные шлемы из-за неудобства пристегивания их к велосипеду или переноски в школу или офис. Но киригамоидный велосипедный шлем легко складывается для удобного хранения в рюкзаке, портфеле или ящике стола.
Поскольку размер не является ограничивающим фактором для киригамоидных конструкций, конструкторы могут создавать не только инструменты, мебель и здания, но даже инъекционные медицинские устройства. В будущих экспериментах будут изучены оптимальная прочность шарниров и идеальная толщина тросов, а также самонадувающиеся киригамоидные конструкции для полностью автоматизированного использования в неудобных, удаленных или опасных местах.
Итак, хотя будущее, возможно, и не всегда поместится в вашем кармане, оно, вероятно, сможет поместиться в ящике, задвинуться под кровать или прислониться к стене вашего гаража (на Марсе).
