Įkvėptas aso darymo technikos, vieną dieną audinius galite įpinti į kosmosą

Bigono žiedai. Tyrėjai apibūdino daugelio arklių, pagamintų iš plonų lanksčios medžiagos sluoksnių, matematiką. Ši technika gali palengvinti kiaušinių keitimo medžiagų susidarymą, kad pagerėtų našumas keičiantis sąlygoms. Paskola Iliustravo Neilas Adelante

Lauren Dreier vartė XIX amžiaus vokiečių architekto Gottfriedo Semperio knygą, kai pastebėjo keletą patrauklių nėrinių įkvėptų raštų. Dreyer, Prinstono universiteto architektūros mokyklos doktorantas, profesionalus tapytojas ir dizaineris, dažnai įtraukiantis technologijas į savo darbą, nusprendė spausdintas iliustracijas atkurti 3D formatu.

Jis paėmė į juostelę panašią plastikinę medžiagą, su kuria eksperimentavo savo studijoje, pasilenkdamas ir pritvirtindamas pusbrangias juostas. Dreyerio nuostabai, jo pastatyta konstrukcija laikėsi tvirtos geometrijos su keturiomis skirtingomis kalvomis ir slėniais. „Maniau, kad jis pasuks kupolą, bet tai buvo šis neįprastas sniegas“, – sakė Dreyer. Pasidomėjęs šio staigaus posūkio priežastimi, jis kreipėsi į Sigridą Adriaensensą, Prinstono Civilinės ir aplinkos inžinerijos katedros docentę. Adriaenssensas taip pat negalėjo to paaiškinti, tačiau jis taip pat domėjosi. Jis pasiūlė bendrą tyrimą, kad išsiaiškintų, kas slypi keistoje konstrukcinėje mechanikoje.

Jūsų lankstūs sluoksniai

Tyrėjai sukūrė struktūras naudodami lanksčius sluoksnius. Kreditas: Prinstono universitetas

Dreyerio atradimas buvo baigtas, dėl kurio buvo sukurta transformuojama struktūra, tyrėjai vadino bigono žiedu. Koreguodama konkretų struktūros modelių dizainą, komanda sugebėjo sukurti kelias geometrijas, atsirandančias dėl skirtingo žiedo elgesio. Pasak žurnalo „Mechanikos ir fizikos žurnalas“, kuriame aprašytos kietosios medžiagos, skaitmeninis atradimo pagrindas galėtų būti pritaikytas bet kuriai įprastai tinklui, ar tai būtų gija, ar bambukas, ar plastikas. Tai gali paskatinti kurti naujus produktus ir technologijas, kurie gali pakeisti jūsų kelią nuo erdvėlaivio prie nusidėvėjusios technologijos, kad pagerėtų našumas kintančiomis sąlygomis.

„Įkvėptas grandinių pavyzdžių, manau, galime pasakyti, kad dar niekas to nedarė“, – sakė Adriaensensas. “Kai kurie iš šių elgesio būdų buvo labai netikėti. Paprasčiausiai pakoregavus kampą ar plotį, jūs elgiatės visiškai kitaip.”

Norėdami ištirti šių stebėjimų fiziką, Dreyer glaudžiai bendradarbiavo su keliais bendradarbiais, įskaitant Adrianense laboratorijos tyrėją Tianą Yooną. „Tai pirmas kartas, kai dirbu su menininku, niekada nesitikėjau dirbti nėrinių įkvėptame projekte“, – sakė Yoonas. “Aš žaviuosi mechanine šio projekto dalimi”.

https://www.youtube.com/watch?v=kOV443EON3s:

Skirtingai nei tradiciniai nėrinių gamintojai, kurie naudoja susuktus minkštus siūlus, tyrinėtojai išdėstė savo darbą laisvais, žiedo formos dariniais. „Viskas yra sukurti papildomą erdvę tarp mazgų“, – sakė Dreyer. Komanda pradėjo gaminti patalpų konstrukcijas, vadinamas begonijomis, tam tikru kampu pritvirtindama dviejų iš pradžių tiesių juostelių galus, kad susidarytų akies arba migdolo formos kiaušiniai. Kaip ir metaliniai 1990-ųjų spaustukai, bigonai parodė bistabilumą arba dvi skirtingas stabilias formas, tarp kurių konstrukcijos galėjo pasikeisti, kai buvo taikomas mažas slėgis.

Iš ten tyrėjai sujungė daugybę bigonų grandinėje, o paskui – žiedą, sujungdami jų galus. Dviplaniai bigonai kartu suformavo bendrą struktūrą, kuri galėjo suformuoti daugybę galimų geometrijų. Konstrukcijos buvo universalios, tai yra, jas sudarė žirgų rinkinys, kurių kiekvienas galėjo būti stabilus, nepriklausomai nuo kitų. Bigono žiedai, kaip jie vadino šiuos naujus arklius, kartais atsilenkdavo taip pat, kaip ir juostinis pjūklas, grįždami į save. Tačiau jų elgesį taip pat būtų galima pakoreguoti keičiant sankryžos kampą, koreguojant žiedą sudarančių sluoksnių šonų santykį ir keičiant žiedą sudarančių žiedų skaičių.

Kiaušinių lankstymas iš lanksčių sluoksnių

Mokslininkai sukūrė skirtingas struktūras, sulankstydami lanksčias juostas. Kreditas: Prinstono universitetas

Dreyeriui dirbant su šiomis struktūromis, Yoonas sukūrė jų skaitmeninį modelį, naudodamasis Kirchhoffo lazdelių lygtimis, kad parodytų, kaip plona, ​​elastinga lazdelė elgiasi su jėga ar poslinkiu. Tyrėjai sugebėjo patvirtinti modelio tikslumą, matuodami fizinius Dreyerio darbus ir lygindami rezultatus. Skaičiavimo modelis taip pat leido atskirti konfigūracijas, kurios teoriškai galėtų paimti bigonus ar bigonų žiedus. Vėliau mokslininkai naudojo fizinius modelius, kad patikrintų šias matematines prognozes, kad išsiaiškintų, kurios pusiausvyros yra stabilios, o kurios ne. „Jie iš Tiano daug kur grįžo ir grįžo, sakydami:„ Jei tokiu kampu padarysite šešiabriaunį žiedą, kas nutiks? “, – sakė Dreyer.

Komanda galiausiai sukūrė naują skaitmeninį modelį, kuris atspindi elgesio įvairiapusiškumą, kurį, pasak mokslininkų, galima pritaikyti kitiems tyrimams, kuriuose tiriama bendrų susivėlusių elastinių tinklų mechanika.

Kurkite savo iš lanksčių sluoksnių

Tyrėjai sukūrė struktūras naudodami lanksčius sluoksnius. Kreditas: Prinstono universitetas

Ateityje komanda planuoja atlikti platesnį daugelio arklių, kurie sugeba neršti bigonus, tyrimą ir kaip geriausiai pasiekti tam tikrus tikslinius arklius. Galų gale, jų išvados gali sukelti naujus medžiagų pavyzdžius, kuriuos reikia supakuoti, kad jie užimtų kuo mažiau vietos, tačiau supakuoti jie gauna daug daugiau svorio. „Pavyzdžiui, medžiagos ir konstrukcijos, einančios į kosmosą, turi būti sulenktos, įdėtos į raketą ir tada ją galima kiek įmanoma išplėsti“, – sakė Adriaensensas. “Kai kurie iš šių parametrų derinių tai daro.”

Kitos galimos realaus gyvenimo programos yra nauji minkšti robotizuoti žaislai, žaislai ir nešiojamos technologijos. Pavyzdžiui, pastarieji gali apimti specialius audinius, kurie sugriežtinami, kad vienas būtų laikomas vietoje, o kiti atlaisvėtų. „Tai gali viską suvynioti ar ne, gali sukietėti arba ne“, – sakė Adriaensensas. – Tai gali turėti daug funkcijų.

Be praktinio darbo taikymo, projektas taip pat parodo didžiąją neišnaudotą tarpdisciplininio menininkų ir inžinierių bendradarbiavimo vertę. Nors menas linkęs vadovautis intuicija, emocijomis, veikiančiomis už mokslinio mąstymo sferos ribų, „tai gali paskatinti atrasti keletą įdomių reiškinių“, – sakė Dreyer. – Buvau labai patenkinta, kad šie skirtingi pasauliai gali taip galingai susiburti.

Nuoroda. Tian Yu, Lauren Dreier, Francesco Marmo, Stefano Gabriele, Stefana Parascho, „SigridAdriaenssens“, 2021 m. Balandžio 24 d. Kietųjų medžiagų mechanikos ir fizikos žurnalas,
DOI: 10.1016 / j.jmps.2021.104459:

Be Adriaenssenso, Dreier և Yu, bendraautorių yra Stefana Parascho iš Prinstono architektūros mokyklos. Stefano Gabriele, iš Romos Tre universiteto; Francesco Marmonas, Neapolio Federico II universitetas. Paramos programą iš dalies palaikė Prinstono inžinerijos, taikomųjų mokslų mokyklos „Project Principle X“ fondas, Prinstono universiteto inovacijų magijos stipendijos և Tarptautinio mokymo և tyrimų taryba.

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Nuodingos kempinės apsaugo nuodingus paukščius ir varles nuo savo toksinų

Auksinė nuodų varlė, Phyllobates terribilis. Kreditas: Chris Wellner, Smithsonian nacionalinis zoologijos sodas Kalifornijos universiteto, San Francisko (UCSF), Stanfordo universiteto ir Kalifornijos mokslų akademijos (CAS)...

Didelė pažanga švarios energijos kuro elementų reakcijų srityje

Žinant geležies atomų tankį ir vietos dinamiką, pasiekiamas efektyvumo lygis kuro elementų oksidacijos reakcijoje, kuri niekada nebuvo realizuota. Kreditas: Teksaso universitetas Austine /...

Astronomai atranda mažytę uolėtą planetą – tik pusę Veneros masės

Šis grafinis simbolis rodo L 98-59b, vieną iš L 98-59 35 šviesmečių sistemos planetų. Sistemoje yra keturios patvirtintos uolienų planetos, kurios gali atsirasti...

Du antihipertenziniai vaistai apsaugo nuo tos pačios širdies ligos, bet skirtingo šalutinio poveikio

Analizuojant beveik 3 milijonus pacientų, vartojusių pirmuosius kraujospūdį mažinančius vaistus, angiotenzino receptorių blokatoriai (ARB) buvo tokie pat geri kaip ir angiotenziną konvertuojančių fermentų (AKF)...

Ličio jonų akumuliatorių „įkūrėjas“ padeda savo atradimu išspręsti 40 metų senumo problemą

Ličio jonų akumuliatorių su SNS neutronais įkūrėjas patvirtino, kad katodo medžiaga (mėlyna) be ličio niobio oksido (šviesiai žalia) žymiai sumažino pirmojo ciklo energijos nuostolius...

Newsletter

Subscribe to stay updated.