مهندسان MIT روشی نوین برای تبدیل سازههای تخت به ساختارهای سهبعدی تنها با یک کشش ریسمان معرفی کردند که میتواند آینده استقرار سریع سازهها را در زمین و فضا دگرگون کند.
به گزارش سرویس فناوری تکناک، کاربر در این روش با کشیدن یک ریسمان، سازه را از حالت فشرده و تخت به فرم نهایی سهبعدی آن منتقل میکند و با رها کردن همان ریسمان، سازه دوباره به وضعیت اولیه بازمیگردد. این ویژگی بازگشتپذیر، نهتنها فرایند استقرار را سریع و ساده میکند، بلکه هزینههای حملونقل و نگهداری را نیز به طور قابل توجهی کاهش میدهد.
به گفته تیم تحقیقاتی، این فناوری برای موقعیتهایی طراحی شده است که سرعت، سادگی و قابلیت حمل اهمیت حیاتی دارند. نمونههای بارز چنین شرایطی شامل مناطق آسیبدیده از بلایای طبیعی، مأموریتهای امدادرسانی فوری و حتی پروژههای فضایی میشود. در این سناریوها، انتقال سازههای حجیم و مونتاژ پیچیده اغلب زمانبر و پرهزینه است، در حالی که روش جدید امکان حمل سازه به صورت تخت و استقرار سریع آن را در محل فراهم میکند.
هسته اصلی تبدیل سازههای تخت به سهبعدی بر پایه یک الگوریتم محاسباتی شکل گرفته است. ابتدا کاربر شکل سهبعدی مورد نظر خود را طراحی میکند. سپس الگوریتم، این شکل را به یک الگوی تخت متشکل از کاشیهای بههمپیوسته تبدیل میکند. هر یک از این کاشیها از طریق لولاهای چرخان به یکدیگر متصل هستند و همین لولاها امکان تا شدن و باز شدن نرم سازه را بدون نیاز به مونتاژ دستی فراهم میکنند.
در گام بعدی، سامانه مسیر حرکت یک ریسمان واحد را درون کل سازه محاسبه میکند. این بخش از فرایند اهمیت زیادی دارد، چرا که ریسمان باید از نقاط کلیدی عبور کند تا هنگام کشیده شدن، نیرو به طور یکنواخت در کل سازه توزیع شود. همچنین الگوریتم، کوتاهترین مسیر ممکن را انتخاب میکند تا اصطکاک به حداقل برسد و کاربر بتواند با نیروی کم، سازه را به شکل نهایی خود برساند.
نتیجه این محاسبات، سازهای است که با یک کشش ساده، به صورت روان و کنترلشده به شکل سهبعدی خود درمیآید. اگر ریسمان رها شود، تمام فرایند به صورت معکوس انجام میشود و سازه بدون آسیب دیدن دوباره تخت میشود. این ویژگی، امکان استفاده چندباره از یک سازه را بدون نیاز به تعمیر یا مونتاژ مجدد فراهم میکند.
الهام اصلی این روش از هنر سنتی ژاپنی «کیریگامی» گرفته شده است؛ هنری که برش و تا دادن کاغذ را برای ایجاد اشکال پیچیده به کار میگیرد. پژوهشگران با الهام از این مفهوم، هر طرح را به شبکهای از کاشیهای چهارضلعی تقسیم کردهاند که رفتاری موسوم به «آگزتیک» دارند. در چنین ساختارهایی، ماده هنگام کشیده شدن ضخیمتر و هنگام فشرده شدن نازکتر میشود. این ویژگی هندسی باعث میشود که حرکت سازه در زمان استقرار قابل پیشبینی و پایدار باشد.
یکی از چالشهای اصلی تیم تحقیقاتی در تبدیل سازههای تخت به سهبعدی، مدلسازی دقیق اصطکاک در مسیر حرکت ریسمان بود. آزمایشهای اولیه نشان دادند که اگر لبههای سازه بهدرستی بسته نشوند، حرکت روان سازه با اختلال مواجه میشود. پژوهشگران پس از بررسیهای بیشتر، این رفتار را به صورت ریاضی اثبات کردند و سپس با استفاده از معادلات کلاسیک فیزیک، مسیر بهینه ریسمان را بهگونهای طراحی کردند که کمترین نیروی ممکن برای استقرار لازم باشد.
این سامانه در مقیاسهای مختلف آزمایش شده است. تیم MIT نمونههایی کوچک مانند آتل پزشکی و اصلاحکننده وضعیت بدن را ساخته و عملکرد آنها را بررسی کرده است. در کنار این نمونهها، سازههایی در مقیاس انسانی نیز تولید شدهاند، از جمله یک صندلی کامل و یک پناهگاه قابلحمل شبیه ایگلو، که قابلیت باز و بسته شدن سریع دارد.
از دیگر مزیتهای این روش، استقلال آن از یک فناوری ساخت خاص است. طراحان میتوانند از چاپ سهبعدی، ماشینکاری CNC یا قالبگیری برای تولید قطعات استفاده کنند. لولاها میتوانند از مواد انعطافپذیر ساخته شوند، در حالی که بخشهای دیگر سازه صلب باقی میمانند. این انعطافپذیری، کاربرد فناوری را در حوزههای مختلف گسترش میدهد.
پژوهشگران معتقد هستند که این رویکرد میتواند در آینده برای طراحی رباتهای تاشو که باید وارد فضاهای محدود شوند، یا برای ساخت زیستگاههای ماژولار فضایی که توسط رباتها روی مریخ مستقر میشوند، مورد استفاده قرار گیرد. این تحقیق در کنفرانس SIGGRAPH Asia ارائه شده و تیم سازنده اعلام کرده است که در گام بعدی، روی نسخههایی کار خواهد کرد که بدون دخالت انسان و تنها به صورت خودکار مستقر شوند.
در مجموع، این دستاورد نشان میدهد که برای ساخت سازههای پیچیده، همیشه به سامانههای پیچیده نیاز نیست و گاهی یک ایده ساده میتواند تأثیری گسترده بر مهندسی آینده بگذارد.
