Инженеры создали складной оригами-материал

Инженеры из Гарвардского университета создали механический метаматериал с регулируемой формой, объемом и жесткостью. Об их разработке сообщает статья, опубликованная в журнале Nature Communications.

Дизайн разработки был вдохновлен техникой оригами под названием «снапология». Она заключается в том, что многочисленные полосы бумаги сворачиваются в модули, и модули соединяются такими же полосками, образуя разнообразные многогранники.

Ученые заметили, что разные геометрические фигуры из бумаги имеют разную жесткость. В итоге, за основу они взяли с куб с вытянутыми относительно его геометрического центра гранями, так как эта форма обладает наибольшей гибкостью. Такой куб, имеющий 24 грани и 36 ребер, авторы использовали как строительный материал для более крупных фигур.

Взяв за основу этот куб, они сделали прототип механического метаматериала из 64 «строительных блоков». Полученная фигура представляет собой куб 4×4x4, который может легко складываться. Он имеет три степени свободы и при изменении формы также меняет и жесткость.

Для своей работы исследователи использовали полиэтилентерефталат (термопластик) и двухсторонний скотч. Изменение формы фигуры осуществлялось с помощью пневматических приводов, которые, фактически, были встроенными надувными карманами. Однако, как отмечают ученые, метаматериалы, в основе которых лежит подобный геометрический принцип, могут также менять свою форму под воздействием тепла, диэлектриков или воды.

Свою разработку инженеры предлагают использовать для создания адаптативных фасадов зданий, хирургических стентов, складных стульев и других предметов. «Исследование демонстрирует новый класс складных материалов, который подлежит полноценному масштабированию. Он работает как в нано, так и в метровом масштабе», — замечает один из руководителей исследования.

Ранее ученые из Гарварда также предложили использовать оригами для складывания трехмерных объектов. За основу они брали жесткую схему складывания плоских поверхностей Миура-ори, предложенную астрофизиком Корё Миурой в 1970 году.

Метаматериалами называют материалы, чьи свойства определяются прежде всего структурой, а не химической природой составляющих его веществ. Такие материалы могут иметь свойства, не встречающиеся в природных веществах. Более всего известны метаматериалы, обладающие необычными электромагнитными свойствами, например отрицательным коэффициентом преломления электромагнитного излучения — они считаются перспективными кандидатами для создания плащей-невидимок. Однако существуют также акустические и механические метаматериалы — структуры с отрицательной сжимаемостью и другими экзотическими свойствами.

Кристина Уласович