Ученые используют киригами

Японский вид искусства с многовековой историей может дать начало методам производства нового поколения, таким как пробка, прочная, как сталь.

Эндрю Пол | Опубликовано 23 августа 2023 г., 12:00 по восточному поясному времени.

Древнее японское искусство складывания и вырезания бумаги, известное как киригами, все больше вдохновляет новое поколение инженерных материалов, что приводит к созданию поразительно красивых и прочных конструкций. Последняя версия, любезно предоставленная исследователями из Массачусетского технологического института, добавляет свойства, обнаруженные как в сотах, так и в человеческих костях, для дальнейшего укрепления современных архитектурных материалов, а также потенциально повышает устойчивость некоторых самолетов, космических кораблей и роботов.

Как подробно описано в новом документе, который будет представлен на предстоящей конференции «Компьютеры и информация в инженерии» Американского общества инженеров-механиков, команда Центра битов и атомов Массачусетского технологического института (CBA) разработала новый метод изготовления пластинчатых решеток — полезных высокоэффективных материалов. в автомобильной и аэрокосмической промышленности. «Этот материал похож на стальную пробку. Он легче пробки, но обладает высокой прочностью и жесткостью», — объясняет Нил Гершефельд, старший автор статьи и ведущий научный сотрудник Центра битов и атомов Массачусетского технологического института (CBA).

Чтобы добиться своего прорыва, инженеры изменили традиционную складку оригами Миура-ори, уже использовавшуюся при создании пластинчатых решеток, в «сэндвич-структуры», в которых гофрированная сердцевина помещается между двумя плоскими пластинами. Хотя стандартные сэндвич-конструкции из пластинчатых решеток часто изготавливаются с использованием медленного, дорогостоящего и сложного клея и сварки, команда превратила острые углы конструкции Миура-ори в грани, что позволяет крепить пластины с помощью заклепок и болтов. Этот измененный дизайн можно дополнительно настроить с помощью различных рисунков и форм складок, чтобы отточить конкретную жесткость, гибкость и прочность — во многом подобно ячеистым формам, обнаруженным в костях и сотах.

[По теме: Робот, вдохновленный оригами, может аккуратно переворачивать страницы и переносить предметы, вес которых в 16 000 раз превышает его вес.]

Согласно выводам команды, пластинчатые решетки, дополненные киригами, выдерживали в три раза большую силу, чем стандартные конструкции из алюминиевого гофра. Такие варианты открывают огромные перспективы для легких, амортизирующих секций, необходимых в автомобилях, самолетах и ​​космических кораблях.

«Построение пластинчатых решеток было настолько сложным, что исследований в макромасштабе проводилось мало», — объяснил Альфонсо Парра Рубио, соавтор статьи и научный сотрудник CBA. «Мы считаем, что складывание — это путь к более легкому использованию пластинчатой ​​конструкции такого типа, изготовленной из металлов».

Чтобы продемонстрировать как структурные, так и художественные возможности, вдохновленные киригами, некоторые из аспирантов команды даже спроектировали три больших трехмерных скульптуры, которые в настоящее время выставлены в Медиа-лаборатории Массачусетского технологического института. «В конце концов, художественное произведение возможно только благодаря математическому и инженерному вкладу, который мы показываем в наших статьях», — сказал Парра Рубио. «Но мы не хотим игнорировать эстетическую силу нашей работы».

В настоящее время новый метод изготовления пластинчатой ​​решетки по-прежнему трудно смоделировать до начала строительства. Однако в дальнейшем команда намерена создать удобные для пользователя инструменты САПР, которые упростят и упростят процесс проектирования решеток киригами. Согласно заявлению MIT во вторник, они также надеются изучить способы снижения вычислительных затрат, необходимых для моделирования проектов перед производством.

Эндрю Пол — штатный обозреватель Popular Science, освещающий новости технологий. Ранее он был постоянным автором журналов The AV Club и Input, а его недавние работы также были представлены в журналах Rolling Stone, Fangoria, GQ, Slate, NBC, а также в журнале McSweeney's Internet Tendency. Он живет недалеко от Индианаполиса.