6 путей сквозь века

Oct 27, 2023

Оригами может показаться маловероятным источником вдохновения для ученых и инженеров, однако многовековое японское искусство складывания бумаги стоит за всеми видами новых инноваций. Это потому, что тонкая красота оригами возникает из мощных математических принципов, которые работают так же хорошо в мире металла и пластика, как и в бумаге.

«Мы можем использовать идеи, структуры и механизмы, которые уже существуют в мире оригами», — говорит Роберт Лэнг, бывший физик НАСА и консультант, обладающий опытом в области оригами. «Но мы также можем использовать математические инструменты, описывающие складывание, что позволяет нам создавать художественное оригами для создания новых складных структур, которые конкретно решают технологические проблемы».

С помощью оригами можно создавать большие конструкции, которые складываются для транспортировки или для размещения в крошечных пространствах. А замысловатые схемы складывания можно использовать для создания сложных механических систем, движениями которых можно управлять с помощью одного двигателя.

Вот шесть новых устройств, вдохновленных оригами:

Робототехник из Гарвардского университета Роберт Вуд недавно использовал оригами для создания захвата для ловли хрупких глубоководных существ. Пять рычагов устройства представляют собой соединенные между собой пятиугольники и треугольники, которые складываются, образуя 12-сторонний контейнер, используемый для ловли морских животных с мягким телом, таких как медузы и осьминоги, не причиняя им вреда.

Грейфер, который можно прикрепить к роботизированной подводной лодке, складывает руки с помощью одного двигателя. Это важно, потому что меньшее количество компонентов означает, что меньше вещей выйдет из строя в глубоководной океанской среде. «Простота — это ключ к успеху», — говорит Вуд. «Вам не нужны какие-либо слишком сложные механизмы, когда вы имеете дело с такой суровой средой».

Обычные пуленепробиваемые щиты, используемые полицией, могут весить 90 фунтов и более и обеспечивать защиту только одного человека. Но команда инженеров из Университета Бригама Янга использовала оригами, чтобы сконструировать 55-фунтовый щит, который достаточно широк, чтобы защитить несколько человек, и при этом его можно сложить так, чтобы он легко поместился в багажник автомобиля.

По словам Ларри Хауэлла, профессора машиностроения в университете и руководителя группы, особая схема складывания, которая послужила вдохновением для создания дизайна, возникла почти 100 лет назад. Но потребовались некоторые хитрости, чтобы толстая пуленепробиваемая ткань складывалась, как бумага. Инженеры вшили в ткань жесткие панели, а мягкие участки между пластинами действуют как петли.

Пространство в космических кораблях имеет большое значение. Поэтому Яакко Каррас, инженер Лаборатории реактивного движения НАСА, построил простой колесный планетоход из сложенных монтажных плат, которые составляют как структуру робота, так и его систему управления.

Колеса марсохода спроектированы таким образом, чтобы плотно складываться во время космического полета, а затем возвращаться на место, когда космический корабль достигнет пункта назначения. Если робот сталкивается с тесным пространством во время движения по какой-то далекой планете, он может снова сложить колеса, чтобы протиснуться.

Каррас считает, что несколько небольших, высокоманевренных марсоходов могут заменить или использоваться вместе с более крупными и дорогими марсоходами, на которые НАСА полагалось в последние годы. «Мы можем следовать новой парадигме роя маленьких марсоходов, а не одного, дорогостоящего большого», — говорит он.

Каррас сейчас разрабатывает программное обеспечение для управления такими стаями в надежде, что они будут участвовать в будущих миссиях НАСА.

Что, если бы вы могли проглотить робота, который мог бы перемещаться внутри вашего тела и выполнять простые хирургические процедуры? Такой сценарий может быть ближе к реальности, чем вы можете себе представить, теперь, когда исследователи из Массачусетского технологического института создали бота, вдохновленного оригами, который складывается настолько мал, что помещается в таблетку; Попав внутрь тела, он устроен таким образом, чтобы разворачиваться и проходить через кишечник с помощью внешних магнитов.

Исследователи успешно протестировали способность бота извлекать батарею из реалистичного макета желудка. Но Даниэла Рус, лидер группы, создавшей маленького бота, в прошлом году рассказала Forbes, что для проведения испытаний на животных и людях, необходимых для совершенствования устройства, может потребоваться шесть лет.