Просто потяните за веревочку, чтобы превратить эти узоры из плиток в полезные трехмерные конструкции.

Вдохновленная японским искусством киригами, команда из Массачусетского технологического института разработала технологию, позволяющую превращать плоские панели в медицинские приборы, жилые модули и другие объекты без использования инструментов.

Исследователи из Массачусетского технологического института разработали новый метод проектирования трехмерных конструкций, которые могут возникать из плоского листа, состоящего из соединенных между собой плиток, при одном натяжении нити. Эта технология может быть использована для изготовления складных велосипедных шлемов и медицинских приборов, временных убежищ и полевых госпиталей для зон стихийных бедствий, и многого другого.

Мина Конакович Лукович, руководитель группы алгоритмического проектирования в Лаборатории компьютерных наук и искусственного интеллекта (CSAIL), и ее коллеги, вдохновленные киригами, древним японским искусством вырезания из бумаги, создали алгоритм, который преобразует заданную пользователем трехмерную структуру в плоскую фигуру, состоящую из плиток, соединенных вращающимися шарнирами по углам.

Алгоритм использует двухэтапный метод для поиска оптимального пути через узор из плиток для нити, которую можно натянуть для приведения конструкции в движение. Он вычисляет минимальное количество точек, которые нить должна поднять, чтобы создать желаемую форму, и находит кратчайший путь, соединяющий эти точки подъема, учитывая при этом все области границы объекта, которые должны быть соединены для направления конструкции в ее трехмерную конфигурацию. Эти вычисления выполняются таким образом, чтобы траектория нити минимизировала трение, позволяя плавно приводить конструкцию в движение всего одним движением.

Метод привода легко обратим, позволяя вернуть конструкцию в плоское положение. Узоры могут быть изготовлены с помощью 3D-печати, фрезерования на станках с ЧПУ, литья или других технологий.

Этот метод может позволить более эффективно и с меньшими затратами хранить и транспортировать сложные трехмерные структуры. В числе возможных применений — портативные медицинские устройства, складные роботы, способные складываться для проникновения в труднодоступные места, или даже модульные космические модули, развертываемые роботами на поверхности Марса.

«Простота всего механизма привода — это настоящее преимущество нашего подхода», — говорит Акиб Заман, аспирант в области электротехники и информатики и ведущий автор статьи о данной работе. «Пользователю нужно лишь указать желаемый дизайн, а затем наш метод оптимизирует его таким образом, чтобы конструкция сохраняла форму после всего одного натяжения нити, поэтому её можно очень легко развернуть. Я надеюсь, что люди смогут использовать этот метод для создания самых разнообразных развертываемых конструкций».

Исследователи использовали свой метод для проектирования нескольких объектов разных размеров, от персонализированных медицинских изделий, включая шину и корректор осанки, до переносной конструкции, напоминающей иглу. Они также спроектировали и изготовили стул в масштабе человека. Эта технология может быть использована для создания предметов самых разных размеров, от крошечных объектов, приводимых в действие внутри тела, до архитектурных конструкций, таких как каркас здания, которые устанавливаются на месте с помощью кранов.

В будущем исследователи планируют более детально изучить конструкции как в верхнем, так и в нижнем диапазоне этих параметров. Кроме того, они хотят создать саморазвертывающийся механизм, чтобы конструкции не требовали управления человеком или роботом.

Источник: www.technologyreview.com