由Origami启发的下一代稳定弹出结构

折纸启发避难所

这种充气避难所是厚厚的塑料片,可以弹出或折叠。信誉:图片本杰明·格罗森/大卫梅兰顿/哈佛海

下一代充气建筑保持其形状而不会恒定地输入压力。

2016年,一场充满活力的拱门在游览法国自行车比赛中肆虐并在骑自行车的人上崩溃,将他从自行车上扔掉并延迟比赛,而官员争先恐后地争先恐后地清除道路上的碎片。官员们归咎于传递观众的任性皮带扣,为拱门的崩溃,但真正的罪魁祸首是物理学。

今天的充气结构,用于从野外医院到体育复合物的一切,是单一的,这意味着它们需要恒定的压力输入,以保持其膨胀状态。失去这种压力,结构返回其唯一稳定的形式。

但是,如果这些结构有多个稳定状态怎么办?如果拱起在地面上平坦的稳定稳定怎么了?

现在,哈佛约翰A.保尔森工程学院的研究人员和应用科学(SEAR)开发了由折纸的启发的双稳态充气结构。

该研究发表在自然

“This research provides a direct pathway for a new generation of robust, large-scale inflatable systems that lock in place after deployment and don’t require continuous pressure,” said Katia Bertoldi, the William and Ami Kuan Danoff Professor of Applied Mechanics at SEAS and senior author of the paper.

研究团队通过折纸和几何指导,开发了一个三角形建筑块的图书馆,可以爆破或折叠平板,并以不同的配置组合,以构建封闭的多用形状。

“我们依靠这些构建块的几何形状,而不是材料特性,这意味着我们可以使这些建筑物几乎可以用几乎任何材料,包括廉价的可回收材料,”材料科学和机械工程副员工海洋和副第一作者的论文。

将他们的设计过程带到现实世界,研究人员设计并建造了一个8英尺的塑料薄膜充气遮蔽。

“您可以想象这些庇护所作为灾区紧急响应的一部分,”海洋海洋和Co-First作者的博士学生David Melancon说。“它们可以在卡车上堆放平板,您只需要一个压力源来充气。一旦它们膨胀,就可以移除压力源并进入下一个帐篷。“

庇护所可以由一个或两个人建立,而不是十几个人,它需要部署今天的军事野外医院。

这些折纸结构的构建块可以混合并匹配以产生任何形状或尺寸的结构。研究人员建立了一系列其他结构,包括拱门,可伸展的繁荣和塔式式结构。研究人员还设计了具有两种以上稳定形式的形状。

“We’ve unlocked an unprecedented design space of large-scale inflatable structures that can fold flat and maintain their deployed shape without the risk of catastrophic rupture,” said Chuck Hoberman, the Pierce Anderson Lecturer in Design Engineering at the Graduate School of Design and co-author of the paper. “By using inflatable, reversible actuation to achieve hard-walled structural enclosures, we see important applications, not only here on Earth, but potentially as habitats for lunar or火星勘探。”

参考:David Melancon,Benjamin Gorissen,CarlosJ.García-Mora,Chuck Hoberman和Katia Bertoldi,4月21日,毕业Melancon,4月21日,Chuck Hoberman和Katia Bertoldi,自然
DOI:10.1038 / S41586-021-03407-4

该研究由CarlosJ.García-Mora共同撰写。它得到了国家科学基金会在授予DMR-2011754和DMR-407 1922321下的支持。

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