Это будущее не за горами благодаря новому исследованию L. Махадеван, профессор прикладной математики, органической и эволюционной биологии и физики в Гарвардском университете Лолы Инглэнд де Вальпине. Школа Полсона инженерных и прикладных наук (SEAS). Он также является одним из основных преподавателей Института биологической инженерии Висса и членом Института науки и технологий бионано Кавли при Гарвардском университете.
Махадеван и его команда описали фундаментальную складку оригами или мозаику, которую можно использовать в качестве строительного блока для создания практически любой трехмерной формы, от наноструктур до зданий.
Исследование опубликовано в Nature Materials.
Схема складывания, известная как Миура-ори, представляет собой периодический способ мозаики плоскости, используя простейшую складку горной долины в оригами. Его использовали как декоративный элемент в одежде как минимум еще в 15 веке. Сложенный Miura можно упаковать в плоскую компактную форму и развернуть одним непрерывным движением, что делает его идеальным для упаковки жестких конструкций, таких как солнечные батареи.
Это также происходит в природе в различных ситуациях, например, в крыльях насекомых и некоторых листьях.
"Может ли этот простой шаблон складывания служить шаблоном для более сложных форм, таких как седла, сферы, цилиндры и спирали??"спросил Махадеван.
«Мы обнаружили невероятную гибкость, скрытую внутри геометрии Миура-ори», – сказал Леви Дудте, аспирант лаборатории Махадевана и первый автор статьи. "Как оказалось, эта складка способна создать гораздо больше форм, чем мы предполагали."
Подумайте о хирургических стентах, которые можно упаковать в плоской форме и выдвигать в трехмерные структуры, оказавшись внутри тела, или об обеденных столах, которые можно упирать в стену до тех пор, пока они не будут готовы к использованию.
«Складываемость, транспортабельность и возможность развертывания сложенных объектов Miura-ori делают их потенциально привлекательными для всего, от космических полезных нагрузок до небольших жилых помещений до лапароскопической хирургии и мягкой робототехники», – сказал Дудте.
Чтобы изучить потенциал тесселяции, команда разработала алгоритм, который может создавать определенные формы, используя складку Miura-ori, повторяемую с небольшими вариациями.
Учитывая характеристики целевой формы, программа определяет складки, необходимые для создания дизайна, который затем можно распечатать на лазере для складывания.
Программа учитывает несколько факторов, включая жесткость сложенного материала и компромисс между точностью рисунка и усилиями, связанными с созданием более тонких складок – важная характеристика, потому что на данный момент все эти формы сложены. рукой.
«По сути, мы хотели бы иметь возможность адаптировать любую форму, используя соответствующий шаблон складывания», – сказал Махадеван. "Начиная с базовой складки горной долины, наш алгоритм определяет, как ее изменять, осторожно изменяя ее от одного места к другому, чтобы сделать вазу, шляпу, седло, или сшить их вместе, чтобы создать все более и более сложные конструкции."
«Это шаг в направлении решения обратной задачи – учитывая функциональную форму, как мы можем создать складки на листе, чтобы добиться этого», – сказал Дудте.
«По-настоящему захватывающая вещь в этой складке заключается в том, что она полностью масштабируема», – сказал Махадеван. "Вы можете сделать это с графеном, который составляет один атом толщиной, или вы можете сделать это в архитектурном масштабе."
Соавторами исследования являются Этьен Вуга, в настоящее время работает в Техасском университете в Остине, и Томохиро Тачи из Токийского университета. Работа финансировалась Wyss Institute for Bioinspired Engineering, Kavli Institute for Bionano Science and Technology и Harvard MRSEC.