Исследователи ETH Zurich разработали структуру, которая может переключаться между стабильными формами по мере необходимости, при этом будучи удивительно простой в производстве. Ключ заключается в умном сочетании основных материалов.
Джада Риссо, докторант группы композитных материалов и адаптивных структур под руководством Паоло Эрманни, недавно представила новый подход, о чем рассказал в статье в журнале Advanced Science.
«Одна из моих главных целей состояла в том, чтобы разработать плоскую многостабильную конструкцию, которую было бы легко изготовить», — объясняет она. И решение удивительно простое: оно заключается в наклеивании плоской композитной рамы на предварительно растянутую мягкую термопластичную пленку из полиуретана. «Плоская поверхность и зажим для предварительного натяжения пленки — это, по сути, все, что нужно», — объясняет Риссо.
Держа в руках сделанную таким образом конструкцию, вы можете согнуть ее из первоначального плоского состояния в форму, которую она сохранит без какой-либо дополнительной помощи. Затем вы можете снова изменить его форму, и структура снова будет сохранять эту новую форму сама по себе. Затем вы можете восстановить первоначальную форму таким же простым маневром.
«Наилучшие результаты были получены с композитным материалом, изготовленным из углеродных волокон. Это позволяет нам создавать структуру, которая действительно может принимать несколько стабильных состояний».
Фундаментальным компонентом новой структуры является квадратный элемент, который может быть дополнен другими квадратными элементами по желанию. Поскольку каждый отдельный квадрат может принимать множество стабильных состояний, их объединение приводит к огромному количеству возможных форм.
Следующим шагом Риссо было оснащение периодической структуры, состоящей из 16 квадратов, так называемыми пневматическими приводами. Они работают аналогично «одностороннему» воздушному шару, расширяясь только с одной стороны при подаче воздуха. Нагнетание воздуха в выбранные приводы изгибает структуру для создания желаемой формы. С помощью серии экспериментов Риссо смогла показать, что это может воссоздать волнообразные движения гусеницы.
«Эта отрасль уже использует легкие композитные материалы и полагается на компактные материалы, которые легко адаптируются». Новый подход может быть использован для создания антенн или солнечных батарей, которые можно развернуть и настроить после прибытия в космос.
«Если мы сможем уменьшить размер этих элементов до миллиметра, я могу предположить, что они могут быть полезны для медицинских применений, — продолжает рассуждать Джада Риссо, — Но до этого еще далеко.»
Источник: https://ethz.ch/en/news-and-events/eth-news/news/2022/10/stable-in-all-kinds-of-shapes.html