Сегодняшние надувные конструкции, используемые для всего, от полевых госпиталей до спортивных комплексов, являются моностабильными, то есть им требуется постоянное давление для поддержания своего надутого состояния. Потеряйте это давление, и конструкция вернется к своей единственной стабильной форме – плоской.
Но что, если бы у этих структур было более одного стабильного состояния?? Что, если бы арка была так же стабильно накачана, как и плоско на земле??
Теперь исследователи из Гарвардского университета Джон А. Школа инженерии и прикладных наук Полсона (SEAS) разработала бистабильные надувные конструкции, вдохновленные оригами.
Исследование опубликовано в журнале Nature.
«Это исследование обеспечивает прямой путь к новому поколению надежных и крупномасштабных надувных систем, которые фиксируются на месте после развертывания и не требуют постоянного давления», – сказала Катя Бертольди, профессор прикладной механики Уильяма и Ами Куан Данофф в SEAS. и старший автор статьи.
Вдохновленные оригами и руководствуясь геометрией, исследовательская группа разработала библиотеку треугольных строительных блоков, которые могут всплывать или складываться и комбинироваться в различных конфигурациях для создания замкнутых, многостабильных форм.
«Мы полагаемся на геометрию этих строительных блоков, а не на характеристики материала, что означает, что мы можем изготовить эти строительные блоки практически из любых материалов, включая недорогие перерабатываемые материалы», – сказал Бенджамин Гориссен, сотрудник отдела материаловедения и машиностроения в SEAS и соавтор статьи.
Перенеся свой процесс проектирования в реальный мир, исследователи спроектировали и построили надувное убежище размером 8 на 4 фута из толстых пластиковых листов.
«Вы можете представить себе, что эти убежища будут развернуты как часть аварийного реагирования в зоне бедствия», – сказал Дэвид Меланкон, аспирант SEAS и соавтор статьи. "Их можно штабелировать на грузовике, и для их надувания нужен только один источник давления.
Как только они надуваются, вы можете удалить источник давления и перейти к следующей палатке."
Приют может быть создан одним или двумя людьми, в отличие от дюжины или около того, необходимых для развертывания сегодняшних полевых военных госпиталей.
Строительные блоки этих структур оригами можно смешивать и сочетать, чтобы создать структуру любой формы и размера.
Исследователи построили ряд других структур, в том числе арку, выдвижную стрелу и структуру в стиле пагоды. Исследователи также разработали формы с более чем двумя стабильными формами.
«Мы открыли беспрецедентное пространство для проектирования крупномасштабных надувных конструкций, которые могут складываться и сохранять развернутую форму без риска катастрофического разрыва», – сказал Чак Хоберман, преподаватель дизайна Пирса Андерсона в Высшей школе дизайна и соавтор статьи. «Используя надувной реверсивный привод для создания жестких структурных ограждений, мы видим важные приложения не только здесь, на Земле, но потенциально в качестве среды обитания для исследования Луны или Марса."
Работа поддержана Национальным научным фондом грантами DMR-2011754 и DMR-407 1922321.
Видео: https: // www.YouTube.com / watch?v = ufPHlPeGpiI & t = 4 с