В новых объектах используется тенсегрити, конструктивная система плавающих стержней при сжатии и тросов при постоянном растяжении. Исследователи изготовили стойки из полимеров с памятью формы, которые разворачиваются при нагревании.
«Конструкции Tensegrity чрезвычайно легкие, но при этом очень прочные, — сказал Глаусио Паулино, профессор Школы гражданского строительства и экологической инженерии Технологического института Джорджии. «Это причина того, что сейчас существует большой интерес к исследованию использования структур тенсегрити для исследования космического пространства. Цель состоит в том, чтобы найти способ развернуть большой объект, который изначально занимает мало места».
Исследование, о котором 14 июня было опубликовано в журнале Scientific Reports, спонсировалось Национальным научным фондом и Управлением научных исследований ВВС США.Исследователи использовали трехмерные принтеры для создания распорок, составляющих один из основных компонентов структуры тенсегрити.
Чтобы можно было временно сложить распорки, исследователи сделали их полыми с узким отверстием, проходящим по всей длине трубы. Каждая стойка имеет точки крепления на каждом конце для подключения к сети эластичных кабелей, которые также изготавливаются с помощью трехмерных принтеров.После того, как стойки были нагреты до 65 градусов по Цельсию, исследователи смогли частично сплющить и сложить их в форму, напоминающую букву W. Затем охлажденные конструкции сохраняют временную форму.
Со всеми подключенными кабелями объекты можно повторно нагреть, чтобы инициировать преобразование в структуры тенсегрити.«Мы считаем, что можно построить что-то вроде антенны, которая изначально была сжатой и занимала мало места, но когда она нагревается, скажем, от солнечного тепла, она полностью расширяется», — сказал Джерри Ки, профессор Джорджа В. Школа машиностроения Вудраффа Технологического института Джорджии.
Ключевым компонентом создания трехмерных печатных объектов, которые могут трансформироваться в структуры тенсегрити, было управление скоростью и последовательностью расширения. Полимеры с памятью формы позволяют исследователям точно настроить скорость расширения каждой стойки, регулируя температуру, при которой происходит расширение. Это позволяет проектировать конструкции со стойками, которые расширяются последовательно.
«Для больших и более сложных структур, если вы не контролируете последовательность, в которой эти стойки растягиваются, они запутываются, и у вас возникает беспорядок», — сказал Паулино. «Контролируя температуру, при которой каждая стойка расширяется, мы можем поэтапно развертывать и избегать этого запутывания».Термин «тенсегрити» происходит от комбинации слов «целостность при растяжении», и эта концепция использовалась в качестве структурной основы для нескольких известных проектов на протяжении многих лет, включая большой пешеходный мост в Брисбене, Австралия, и крыши стадионов, такие как стадион Джорджия Доум в Атланте и Олимпийская арена гимнастики в Сеуле, Южная Корея.
Исследователи предполагают, что новые трехмерные печатные структуры могут быть использованы для создания сверхлегких структур, необходимых для исследования космоса или даже для мягких роботов, меняющих форму.«Эти объекты активного тенсегрити очень элегантны по конструкции и открывают ряд возможностей для развертывания трехмерных структур», — сказал Паулино.