Hi-Tech новости 31 Марта 2016 года
Данная новость была прочитана 2125 раз

Исследователи Гарвардского университета спроектировали метаматериал, меняющий свою форму, объем и жесткость по команде

11 марта 2016 года в журнале Nature Communications опубликована статья, посвященная разработке группы исследователей Гарвардского университета - метаматериалу, способному изменять свою форму, объем и жесткость по команде.

Авторы публикации - Йоханнес Овервельде (Johannes Т.Б. Overvelde), Тван Джонг (Twan A. de Jong), Янина Шевченко (Yanina Shevchenko), Серхио Бесерра (Sergio A. Becerra), Джордж Вайтсайдс (George M. Whitesides), Джеймс Уивер (James C. Weaver), Чак Хоберман, (Chuck Hoberman), Катя Бертолди (Katia Bertoldi) - сообщают, что в основу создания нового типа материала легла одна из техник оригами - снапология, которая позволяет складывать разнообразные многогранники из базовых моделей, сформированных из полос бумаги.

Работа исследователей Гарварда вдохновлена снапологией.

Рис.1. Работа исследователей Гарварда вдохновлена снапологией. Источник: nature.com

«Мы разработали трёхмерную тонкостенную структуру, которая может быть использована для создания складных перепрограммируемых объектов, — рассказал один из участников проекта, - аспирант Гарвардского университета Йоханнес Овервельде. — Их формой, объёмом и жёсткостью можно дистанционно управлять, придавая им нужный вид».

Как это работает, показано на примере 24-гранника с 36 ребрами (см. рис. 1с): его можно сложить, изменить форму и ориентацию микроструктуры. По мере того как структура изменяет свою форму, меняется и жесткость.

Изготовление и деформация ячейки куба

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).

Материал, способный менять свою форму

Источник: Johannes Overvelde/Bertoldi Lab/Harvard SEAS, harvard.edu

Убедившись в динамичности созданной конструкции, исследователи 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, участники проекта смогли добиться перехода метаматериала в другие состояния.

Для регулировки формы материала в эксперименте использовались пневмоприводы. Как отмечают  авторы исследования, приводить конструкцию в движение можно актуаторами любого типа, включая тепловые, диэлектрические и водные.

«Демонстрируемый новый класс материалов легко масштабируется, - подчеркнул Йоханнес Овервельде. – Полученные в ходе исследования разработки могут применяться при создании структур и конструкций от наноразмеров до нескольких метров».

В статье отмечается большой потенциал применения материалов, обладающих способностью радикально менять свою форму: портативные «дома» для пострадавших от стихийных бедствий, раздвижные модули, развертываемые космические конструкции, хирургические стенты и другие медицинские инструменты, капсулы и др.

Публикация подготовлена по материалам сайтов harvard.educhrdk.runature.com