Jedno povlačenje konopca za izradu struktura

Istraživači s američkog tehnološkog instituta MIT, razvili su novu metodu za dizajniranje 3D struktura koje se mogu transformirati iz ravne konfiguracije u zakrivljeni, potpuno oblikovani oblik samo jednim povlačenjem užeta.

Ova tehnika mogla bi omogućiti brzo raspoređivanje privremene poljske bolnice na mjestu katastrofe poput razornog tsunamija - situacije u kojoj je brza medicinska akcija ključna za spašavanje života.

Pristup istraživača pretvara korisnički definiranu 3D strukturu u ravni oblik sastavljen od međusobno povezanih pločica. Algoritam koristi dvostupanjsku metodu za pronalaženje puta s minimalnim trenjem za žicu koja se može zategnuti kako bi se glatko aktivirala struktura.

Mehanizam za aktiviranje je lako reverzibilan, a ako se konop otpusti, struktura se brzo vraća u svoju ravnu konfiguraciju. To bi moglo omogućiti učinkovitije i jeftinije skladištenje i transport složenih, 3D struktura.

Osim toga, dizajni generirani njihovim sustavom neovisni su o metodi izrade, tako da se kompletne strukture mogu proizvesti 3D ispisom, CNC glodanjem, oblikovanjem ili drugim tehnikama.

Ova metoda mogla bi omogućiti stvaranje prenosivih medicinskih uređaja, sklopivih robota koji se mogu spljoštiti kako bi ušli u teško dostupna mjesta ili čak modularnih svemirskih staništa kojima se mogu upravljati roboti koji rade na površini Marsa.

Izrada sklopivih konstrukcija od ravnih dijelova pojednostavljuje montažu na licu mjesta i mogla bi biti posebno korisna u izgradnji skloništa za hitne slučajeve nakon prirodnih katastrofa. U manjem opsegu, predmeti poput sklopivih biciklističkih kaciga mogli bi poboljšati sigurnost vozača koji inače ne bi mogli nositi glomaznu kacigu.

Ali pretvaranje ravnih, rasklopivih objekata u njihov 3D oblik često zahtijeva specijaliziranu opremu ili više koraka, a mehanizam aktiviranja je obično teško preokrenuti. 

Istraživači su stvorili metodu koja automatski pretvara korisnikov 3D dizajn u ravnu strukturu sastavljenu od pločica, povezanih rotirajućim šarkama u kutovima, koje se mogu u potpunosti aktivirati jednim povlačenjem jedne uzice.

Ruka povlači konac i od međusobno povezanih blokova formira se mekana, zakrivljena struktura nalik poklopcu. Jednim povlačenjem užeta formira se blago zakrivljeni 3D oblik.

Njihova metoda razbija korisnički dizajn u mrežu četverokutnih pločica inspiriranih kirigamijem, drevnom japanskom vještinom rezanja papira. S kirigamijem, rezanjem materijala na određene načine, mogu ga kodirati jedinstvenim svojstvima. U ovom slučaju, koriste kirigami za stvaranje auksetskog mehanizma, strukture koja postaje deblja kada se rasteže, a tanja kada se komprimira.

Nakon kodiranja 3D geometrije u ravni skup auksetičkih pločica, algoritam izračunava minimalni broj točaka koje zatezna žica mora podići kako bi se 3D struktura u potpunosti rasporedila. Zatim pronalazi najkraći put koji povezuje te točke podizanja, uključujući sva područja granice objekta koja moraju biti povezana kako bi se struktura dovela u njezinu 3D konfiguraciju. Ove izračune obavlja na način da optimalna putanja žice minimizira trenje, omogućujući glatko aktiviranje strukture samo jednim povlačenjem.

U budućnosti, istraživači žele dalje istražiti dizajn sićušnih struktura, a istovremeno se pozabaviti inženjerskim izazovima uključenim u stvaranje arhitektonskih instalacija, poput određivanja idealne debljine kabela i potrebne čvrstoće šarki. Osim toga, žele stvoriti mehanizam za samoraspoređivanje, tako da strukture ne moraju biti aktivirane od strane čovjeka ili robota.

Znanstveni rad možete pronaći na ovoj poveznici.