فهرست مطالب
پژوهشگران دانشگاه‌های هاروارد و توکیو، روش تازه‌ای برای طراحی سازه‌های جمع‌شونده توسعه داده‌اند که ساخت شبکه‌های سه‌بعدی پیچیده و تغییرشکل‌پذیر را ممکن می‌کند.
به گزارش سرویس علمی تکناک، الگوریتم جدید پژوهشگران، امکان طراحی سازه‌های سه‌بعدی پیچیده را با استفاده از میله‌ها و مفصل‌های قیچی‌شونده فراهم می‌کند. این فناوری با الهام از اصول اوریگامی و کیریگامی توسعه یافته است و می‌تواند زمینه را برای ساخت تجهیزات کم‌حجم در حوزه‌هایی مانند هوافضا، حمل‌ونقل و تجهیزات پزشکی فراهم کند.
این سازه‌ها از نظر عملکرد به کره‌های هابرمن شباهت دارند؛ شبکه‌های متحرکی که از مجموعه‌ای از میله‌های متصل به مفصل تشکیل شده‌اند و می‌توان آنها را با اعمال نیروی دستی باز یا جمع کرد. پژوهشگران سازه‌های جدید خود را «سطوح قیچی‌شونده جمع‌شونده و شبکه‌های پانتوگرافی» نامیده‌اند.
بیشتر بخوانید: کاشی‌های رباتیک MIT روی آب سازه‌های هوشمند می‌سازند
طراحی سازه‌های پیچیده با قواعد ساده هندسی
نوآ تویوناگا، دانشجوی تحصیلات تکمیلی فیزیک و سرپرست گروه پژوهشی در مقاله منتشرشده در نشریه Proceedings of the National Academy of Sciences توضیح داده است که پژوهشگران، الگوریتمی برای توسعه ساختارهای پانتوگرافی طراحی کرده‌اند. این الگوریتم به آنها اجازه می‌دهد مجموعه گسترده‌ای از سازوکارهای ممکن را بررسی و نمونه‌هایی با درجات مختلف پیچیدگی طراحی کنند.
پژوهشگران پس از طراحی محاسباتی، نمونه‌های فیزیکی این سازه‌ها را با چاپگرهای سه‌بعدی چندماده‌ای تولید کردند. آنها به‌جای آغاز طراحی از فرم کامل و تقسیم آن به مفصل‌های کوچک‌تر، روشی مرحله‌ای را در پیش گرفتند که ساختار را اتصال‌به‌اتصال توسعه می‌دهد.
تویوناگا بیان کرد که شکل کلی سازه را می‌توان با مجموعه‌ای از قواعد محلی ایجاد کرد. در این روش، تصمیم‌های هندسی ساده در هر مرحله، نحوه شکل‌گیری کل ساختار را تعیین می‌کنند. این فرایند تنها به تعداد محدودی پارامتر طراحی نیاز دارد و امکان ساخت تدریجی سطوح پیچیده قیچی‌شونده را فراهم می‌کند.
لاکشمینارایانان ماهادوان، نویسنده ارشد پژوهش، این رویکرد را ادامه مسیری می‌داند که اوریگامی و کیریگامی آغاز کرده‌اند. اوریگامی نشان داده است که تاها چگونه می‌توانند شکل را تعریف کنند و کیریگامی نیز قابلیت ایجاد حرکت و عملکرد از طریق برش را نشان داده است. پژوهش جدید بررسی می‌کند که اگر عنصر پایه طراحی به‌جای تا یا برش، یک اتصال مکانیکی باشد، چه ساختارهایی را می‌توان ایجاد کرد.
گروه تویوناگا با استفاده از این الگوریتم چندین سازه با هندسه‌های متفاوت ساخت. ساختارهای مارپیچی، حلقوی و فرم‌های موسوم به «شانه تخم‌مرغی» از جمله نمونه‌هایی هستند که پژوهشگران طراحی و مونتاژ کردند. یکی از نمونه‌ها ساختاری حلقوی است که از طریق مجموعه‌ای از اتصالات می‌تواند جمع شود و به شکل یک استوانه درآید.
بیشتر بخوانید: تبدیل سازه‌های تخت به سه‌بعدی تنها با یک کشش ریسمان + ویدیو
کاربرد سازه‌های جمع‌شونده در فضا و حمل‌ونقل
قابلیت جمع شدن زمانی اهمیت زیادی پیدا می‌کند که علاوه بر جرم، حجم نیز محدودیتی جدی برای حمل تجهیزات باشد. این مسئله در زیردریایی‌ها، هواپیماهای باری و به‌ویژه فضاپیماهایی که تجهیزات را به ایستگاه‌های فضایی منتقل می‌کنند، اهمیت بیشتری دارد. سازه‌های جمع‌شونده فضای کمتری اشغال می‌کنند و امکان حمل تجهیزات بیشتری را در یک سفر فراهم می‌کنند.
این رویکرد می‌تواند برای طراحی مبلمان، کلاه‌های ایمنی، ایمپلنت‌های جراحی، زیستگاه‌های قابل‌استقرار، ماهواره‌های مکعبی و لباس‌های فضایی به کار گرفته شود. برخی سازه‌های پرنده نیز می‌توانند از قابلیت تغییر شکل و کاهش حجم هنگام حمل بهره ببرند. استفاده گسترده‌تر از چنین تجهیزاتی در نهایت می‌تواند تعداد سفرهای پرهزینه و پرخطر مورد نیاز را برای انتقال تجهیزات کاهش دهد.
در توسعه این پروژه، کولتر جی. دکر و رابرت جی. وود از دانشگاه هاروارد و سری نیشیموتو و توموهیرو تاچی از دانشگاه توکیو نیز مشارکت داشته‌اند.
شبکه‌های پانتوگرافی توسعه‌یافته در این پژوهش علاوه بر ویژگی‌های مکانیکی، از هندسه منظم و قابلیت تغییر شکل چشمگیری برخوردار هستند. این ویژگی می‌تواند استفاده از طراحی‌های جمع‌شونده را به محصولات روزمره نیز گسترش دهد. جعبه‌ها، صندلی‌ها، میزها، چادرها و تجهیزات مشابه در آینده می‌توانند هنگام استفاده باز شوند و پس از جمع شدن، فضای بسیار کمتری برای نگهداری یا حمل اشغال کنند.
بیشتر بخوانید: رونمایی از بلندترین سازه چاپ سه‌بعدی جهان در قلب آلپ سوئیس
