Γέφυρες από origami: Μια νέα προσέγγιση στην ανθεκτικότητα και ευελιξία σε καταστροφικές περιοχές

Το Origami περιλαμβάνει παραδοσιακά τη δημιουργία εξαιρετικά ευαίσθητων δομών από χαρτί, αλλά οι βασικές αρχές της μορφής τέχνης θα μπορούσαν σύντομα να προσαρμοστούν για να βοηθήσουν στην πλοήγηση σε δύσκολες κατασκευές. Αυτή είναι η θεωρία πίσω από μια νέα σειρά πτυσσόμενων εξαρτημάτων που σχεδιάστηκε από μια ομάδα καθηγητών μηχανικών του Πανεπιστημίου του Μίσιγκαν. Όταν ξεδιπλώνονται και συναρμολογούνται χρησιμοποιώντας μεντεσέδες και κλειδαριές, τα κομμάτια των ερευνητών συνδυάζονται για να γίνουν εξαιρετικά στιβαρές αρθρωτές δομές. Δεδομένης της εντυπωσιακής αντοχής και της χωρικής οικονομίας του σχεδιασμού τους, οι νέες κατασκευές εμπνευσμένες από το origami θα μπορούσαν να αναπτυχθούν σε ζώνες φυσικών καταστροφών ή ακόμα και στο διάστημα.

Οι συνεργάτες έχουν

λεπτομερώς το έργο τους

σε μια νέα μελέτη που δημοσιεύθηκε στις 15 Μαρτίου στο


Επικοινωνίες για τη φύση


. Ενώ οι δημιουργοί χρησιμοποίησαν πλαίσια μεσαίας πυκνότητας από ινοσανίδες μαζί με μεντεσέδες αλουμινίου και μηχανισμούς ασφάλισης στις πρώτες τους δοκιμές, πιστεύουν ότι υλικά όπως πλαστικό, έγκλειστο γυαλί ή μέταλλο θα μπορούσαν όλα να λειτουργήσουν σε μελλοντικές επαναλήψεις.

Σε ένα παράδειγμα εργαστηρίου, οι μηχανικοί χρησιμοποίησαν το δικτυωτό πλέγμα αξίας ενός τετραγωνικού ποδιού, επαναλαμβάνοντας τριγωνικά κομμάτια από ινοσανίδες και μεταλλικούς μεντεσέδες. Παρά το συνολικό βάρος τους μόλις 16 λίβρες, τα εξαρτήματα μπορούσαν να συνδυαστούν σε μια στήλη ύψους 3,3 ποδιών ικανή να υποστηρίξει πάνω από 2 τόνους βάρους. Σε ένα άλλο σενάριο, ένας κύβος πλάτους 1,6 ποδιών από τα μέρη του origami θα μπορούσε να ξεδιπλωθεί και να συναρμολογηθεί σε πολλαπλές δομές, όπως μια «στάση λεωφορείου» ύψους 6,5 ποδιών, μια κάθετη κολόνα κτιρίου ύψους 13 ποδιών ή το ίδιο- γέφυρα περπατήματος.

Για να επιτύχουν το βελτιωμένο κατασκευαστικό τους σχέδιο, οι μηχανικοί συνειδητοποίησαν ότι η ομοιομορφία νίκησε τις επιλεκτικές ενισχύσεις.

[Related:


Microflier robots use the science of origami to fall like leaves


.]

Ενώ άλλοι μηχανικοί στο παρελθόν προσπάθησαν να πυκνώσουν στρατηγικά ορισμένες περιοχές των δομικών υλικών origami τους, οι ερευνητές δημιούργησαν τα εξαρτήματά τους με τυποποιημένο πάχος για να επιτρέψουν πιο ομοιόμορφα κατανεμημένα φορτία βάρους. Το αποτέλεσμα—το σύστημα Modular and Uniformly Thick Origami Inspired Structure (MUTOIS)—όχι μόνο λύνει αυτό το μακροχρόνιο πρόβλημα κατανομής της πίεσης, αλλά επιτρέπει την τεράστια δυνατότητα προσαρμογής ανάλογα με τις ανάγκες του χρήστη, όπως το μέγεθος, ο σκοπός και τα υλικά.

Ορισμένα μέρη μπορεί είτε να είναι εντελώς συμπαγή είτε να περιέχουν μερικά ανοίγματα μέσα στο επαναλαμβανόμενο τριγωνικό πλαίσιο. Η πεζογέφυρα, για παράδειγμα, χρησιμοποιούσε συμπαγή πάνελ για τη βάση της μαζί με δοκούς και στις δύο πλευρές για «αποτελεσματική μεταφορά φορτίου», σύμφωνα με την

χαρτί της ομάδας

. Αυτές οι μονάδες επιτρέπουν επίσης την αντικατάσταση και επισκευή μεμονωμένων τεμαχίων όπως απαιτείται.

Το σύστημα MUTOIS βασίζεται επί του παρόντος σε απλούς συνδέσμους αντί για πιο εξειδικευμένους, αυτομανδαλώσιμους σχεδιασμούς. Ως εκ τούτου, οι δομές απαιτούν από τους ανθρώπους να κατασκευάζουν χειροκίνητα τα επιδιωκόμενα έργα τους, σε αντίθεση με τη συναρμολόγηση με ρομποτική ή εργοστασιακή συναρμολόγηση. Τούτου λεχθέντος, ωστόσο, η ομάδα πιστεύει ότι η περαιτέρω έρευνα θα μπορούσε να συνεχίσει να επεκτείνει τη δυνητική χρησιμότητα του συστήματος MUTOIS για να βοηθήσει στην κατασκευή «αεροδιαστημικών συστημάτων, εξωγήινων ενδιαιτημάτων, ρομποτικής, μηχανικών συσκευών και πολλά άλλα».