Американские инженеры научились делать оригами из метаматериалов

Фото: Johannes Overvelde/Harvard SEAS

В новом исследовании ученые разработали объемный метаматериал, способный изменять свою форму и даже складываться в тонкий лист. Новая технология работает в любом масштабе и может найти широкое применение в динамической архитектуре.

В основе предложенной учеными методики лежит одна из техник оригами — снапология, которая описывает создание многогранников из тонких полос бумаги. В качестве базового модуля в своей работе исследователи использовали 24-гранник с 36 ребрами: по форме он представляет собой куб, каждая из сторон которого «открыта» (см. рисунок). Помимо базовой формы с минимальной энергией модуль такого типа имеет три дополнительных состояния, одно из которых совершенно плоское.

Фото: Johannes Overvelde/SEAS


В своих экспериментах ученые использовали куб 4х4х4, составленный из отдельных модулей. При правильном соединении такая структура обладает всеми свойствами ее составляющих и способна изменять свою форму, объем и жесткость. Полученные авторами работы данные подтверждали расчеты, демонстрируя возможность использования оригами для создания метаматериалов из модулей с тремя степенями свободы (независимыми направлениями сдвига или вращения структуры).

Убедившись в динамичности созданной конструкции, ученые также разработали систему программируемого изменения формы объекта. Для этого они рассчитали положение нескольких точек на каждом из модулей, в которые необходимо приложить силу для изменения структуры. Действуя на эти точки в различном их сочетании и с разной силой, исследователи смогли добиться перехода метаматериала в другие состояния.

В отличие от многих метаматериалов, существующих в наномире, новая структура легко масштабируема и может использоваться, например, как для создания хирургических стентов, так и для возведения «складных» домов.

Разработка американских ученых подробно описана в статье, опубликованной в журнале Nature Communications, а посмотреть на модуль в действии можно по ссылке.
Теги:

Читать еще на Чердаке: