Этот Человек

Dec 23, 2023

Макс Дж. Леви

Одним ярким апрельским днем ​​на лужайке Гарвардского университета Дэвид Меланкон вышел из белой пластиковой палатки со столом. Потом еще один. Затем он совершил несколько поездок, чтобы изготовить 14 стульев. Затем велосипед, а за ним желтый велосипедный насос. Наконец, он вынес большой оранжевый шоп-пылесос. Мелансон, кандидат наук в области прикладной математики, затем закрыл за собой импровизированную дверь палатки. Это было то, что его команда назвала демонстрацией «клоунской машины» — доказательство того, что огромное количество предметов может поместиться внутри палатки, которая всего несколько мгновений назад представляла собой плоскую стопку пластика размером с двойной матрас, а затем надутую. в убежище в стиле оригами.

Ученые размышляют над оригами. Древняя практика складывания плоской бумаги в произведения искусства устраняет фундаментальную потребность сделать что-то практически из ничего. Сегодня для изобретательных строителей оригами — это не столько бумажные лебеди, сколько установка полезных структур в крошечных пространствах. А согласно пирамиде Маслоу, иерархии потребностей, мало что может быть более полезным, чем жилье. (Вам, вероятно, не следует есть или пить творение инженера-оригами.)

«Есть ряд ситуаций — например, чрезвычайных ситуаций — когда вам нужна конструкция», — говорит Катя Бертольди, советник Мелансона и профессор прикладной механики в Гарварде. Например, люди, перемещенные в результате стихийных бедствий, нуждаются в немедленном убежище. «Я могу построить сарай, и тогда он будет там. Но тогда, если мне придется переехать, я либо разберу его, либо перенесу этот огромный объем. Это очень непрактично», — продолжает она. Уменьшение этого объема с помощью «развертываемых» структур оригами, которые разворачиваются из маленьких подвижных объемов в более крупные полезные, решает эту проблему.

Как бы вы легко развернули аварийное убежище? Представьте себе, что вы надуваете сложенный воздушный шар, чтобы создать скрытую трехмерную фигуру. Это элегантный трюк, но воздушный шар не держит форму, если убрать давление воздуха. Автономное оригами должно быть бистабильным. Это слово часто используется в электронике и информатике для описания схемы с двумя стабильными состояниями, но в механическом проектировании оно в основном означает, что структура должна быть прочной как в плоском, так и в развернутом состоянии. Он должен был бы сохранять свою форму в сложенном состоянии и оставаться в таком положении в развернутом виде, не запечатываясь в воздухе. Надувное оригами и бистабильное оригами существуют, говорит Бертольди, «но их никогда не объединяли в единую концепцию».

За последние три года команда Бертольди деконструировала базовую геометрию, физику и препятствия в проектировании конструкций, чтобы реализовать эту концепцию. А в прошлую среду в журнале Nature они представили беспрецедентную коллекцию бистабильных надувных оригами. Сложенные из картона или листов гофрированного пластика детали защелкиваются на месте под давлением воздушного насоса и держатся без него. Некоторые экземпляры размером с безделушку выглядят как звездочки или треугольное печенье с предсказаниями. Другие намного больше, как арки размером с человека. Одно из них выделяется: убежище высотой 8 футов с восьмиугольным полом шириной 8 футов и дверью, сложенное из одного материала.

Надувание небольшого прототипа бистабильной конструкции оригами.

Эксперты говорят, что этот шаг от теории к структуре является многообещающей идеей для размещения людей в местах стихийных бедствий. «Это захватывающая работа», — говорит Джозеф Чома, доцент кафедры архитектуры и основатель лаборатории топологии дизайна в Университете Клемсона. Чома, эксперт по складным конструкциям и материалам, не принимавший участия в проекте Бертольди, говорит, что миру нужна более разумная архитектура оказания помощи при стихийных бедствиях, «особенно такая, которую можно сложить в плоском виде, развернуть, а затем снова упаковать».

«Часто, — продолжает он, — эти вещи строятся, но затем оставляются позади или разрушаются».

«Это отличный мост между механикой оригами — его геометрией — и фактически переходом к крупномасштабной структуре. Это довольно редко», — говорит Энн Сихтерц, доцент кафедры гражданского строительства Университета Иллинойса-Урбана Шампейн, которая не участвовала в исследовании. Sychterz специализируется на конструкциях развертываемых укрытий. «Чтобы воплотить эту работу в реальную жизнь, необходимо предпринять следующие шаги», — говорит она.