Йоханнес Овервелде получил докторскую степень в области прикладной математики в Гарвардском университете, когда встретился с Чаком Хоберманом, дизайнером Сферы Хобермана, разборного радужного шара для детей. Оба жили в Кембридже и имели схожие интересы. Овервелде работал над созданием трансформируемых материалов, которые могли бы изменять жесткость, а Хоберман, архитектор, который также изучает кинетические структуры, думал о том, как разные материалы могут приобретать свойства его сферы, изменяя форму, соединяясь в разных соединениях.
Материал в действии. (Йоханнес Овервелде) Заимствуя биты из сферы Хобермана и концепции привязки, основанной на оригами, где переплетающиеся друг с другом полоски бумаги соединяются вместе для создания жестких структур, Овервелд и его команда в Гарварде создали то, что они называют метаматериалом: расширяемая структура, которая может использоваться на ее собственный, или как строительный блок для создания других структур. Аттенуированные кубы, имеющие три степени сочленения, состоят из тонких полимерных листов, которые складываются плоско, но также могут появляться различными способами, как сфера Хобермана. Прикрепив его к пневматическому шлангу, пользователь может накачать куб, чтобы создать большую трехмерную структуру. Овервелде говорит, что материал имеет множество применений, от нано-масштабных стентов, которые могут быть вставлены в артерии, а затем расширены, до стен, которые раскроются и будут вентилировать ваш дом, когда станет жарко.
«В то время как оснастка обеспечивает геометрическую отправную точку для нашего исследования, мы фокусируемся здесь на складываемости этих структур и на том, как это может привести к созданию новых конструкций для трансформируемых метаматериалов», - пишет Овервелд в новой статье, опубликованной в Nature Communications .
Исследователи начали с бумажных моделей, пытаясь доказать, что с помощью оснастки они могут создать что-то достаточно прочное для использования в архитектуре.
«У нас была бумажная модель, которая была склеена, но это была большая работа, и бумажная модель сломалась через неделю», - говорит Овервелде. «Итак, мы подумали:« Можем ли мы привнести это больше в спроектированную структуру? » Используя двустороннюю клейкую ленту и тонкие пластиковые листы, нарезанные лазером - один толще для граней и один тоньше для петель - мы сделали эти блоки полностью развернутыми, но с определенными степенями свободы, которых раньше не видели ».
Оттуда команда экспериментировала с различными способами изменения формы конструкции. Они решили, что пневматическая активация, которая была точной и простой в использовании, пропуская воздушные шланги через кубы, позволила бы им использовать конструкцию максимально возможным образом. Форма меняется в зависимости от того, какая часть конструкции заполнена воздухом. «Любая конструкция, которую мы сделаем с этим устройством, будет реконфигурируемой», - говорит он.
Куб можно сжать так, чтобы он лежал ровно. (Йоханнес Овервелде) Для Overvelde гибкость является наиболее важной частью концепции. Ему нравится думать о кубах как о материале, а не просто как о себе, потому что он думает, что ценность открытия зависит от множества различных способов их построения.
Первоначальный испытательный куб группы составлял 50 сантиметров. Но идея масштабируема - они построили складной стул. Теперь исследователи экспериментируют с тем, чтобы сделать механизм инфляции чувствительным к сигналам окружающей среды, таким как свет или влажность. В очень небольших масштабах кубы могут действовать как фотонные кристаллы, отражая назад разные длины волн света и разные цвета, когда они меняют форму.
«Если у вас есть крыло бабочки, структура придает ему цвет. Поэтому, если у вас есть устройство, которое хочет изменить цвет, вы можете имитировать это », - говорит Овервелде. «С другой стороны, вы думаете об архитектурном приложении. Если бы вы сделали его чувствительным к теплу, вы могли бы сделать стену из этой структуры, которая открывается и дышит. Вы можете сделать структуру, которая реагирует на воду, поэтому, когда идет дождь, он автоматически закрывается ».
Эта технология может иметь множество применений. (Йоханнес Овервелде) Овервелде доказал, что концепция работает, и теперь он хочет посмотреть, как ее можно применить. В дополнение к фотонным кристаллам и подвижной архитектуре, он считает, что он может быть использован для всего: от медицинских устройств, которые можно упаковать плоско для удобного введения в корпус, до роботов и космических кораблей.
«Мне действительно любопытно посмотреть, как другие исследователи поймут это, - говорит он.
