Johannes Overvelde študoval doktorát z aplikovanej matematiky na Harvardskej univerzite, keď sa stretol s Chuckom Hobermanom, dizajnérom Hoberman Sphere, skladateľnou dúhovou loptou pre deti. Obaja žili v Cambridge a mali podobné záujmy. Overvelde pracoval na vývoji transformovateľných materiálov, ktoré by mohli zmeniť tuhosť, a Hoberman, architekt, ktorý tiež študuje kinetické štruktúry, premýšľal o tom, ako rôzne materiály môžu nadobudnúť vlastnosti svojej sféry a zmeniť formu artikuláciou v rôznych kĺboch.
Materiál v akcii. (Johannes Overvelde) Vypožičanie bitov od Hoberman Sphere a origami založený koncept snapológie, kde sa vzájomne spájajú pásy papiera, aby vytvorili pevné štruktúry, Overvelde a jeho tím v Harvarde vytvorili to, čo nazývajú metamateriál: rozšíriteľná štruktúra, ktorá sa dá použiť na jeho vlastný alebo ako stavebný blok na vytvorenie ďalších štruktúr. Oslabené kocky, ktoré majú tri stupne kĺbového spojenia, sú vyrobené z tenkých polymérnych fólií, ktoré sa skladajú naplocho, ale môžu sa tiež otvárať rôznymi spôsobmi, rovnako ako Hobermanova guľa. Pripojením k pneumatickej hadici môže užívateľ nafúknuť kocku, aby vytvoril väčšiu 3D štruktúru. Overvelde hovorí, že materiál má početné uplatnenie, od stentov v nanom meradle, ktoré je možné vkladať do tepien a potom ich rozširovať, až po steny, ktoré by sa po zahriatí otvorili a vetrovali váš dom.
„Aj keď snímka poskytuje geometrický východiskový bod pre náš výskum, sústreďujeme sa tu na zložiteľnosť týchto štruktúr a na to, ako to môže viesť k novým návrhom transformovateľných metamateriálov, “ píše Overvelde v novom dokumente uverejnenom v publikácii Nature Communications .
Vedci začali s papierovými modelmi a snažili sa dokázať, že pomocou snapológie dokázali vybudovať niečo dosť solídne na použitie v architektúre.
"Mali sme papierový model, ktorý bol zlepený k sebe, ale toto bolo veľa práce a papierový model sa zlomil po týždni, " hovorí Overvelde. "Tak sme si mysleli:" Môžeme to priniesť viac do inžinierskej štruktúry? " Použitím obojstranných pások a tenkých plastových fólií rezaných laserom - jeden hrubší pre tváre a jeden tenší pre pánty - sme vyrobili tieto jednotky, ktoré bolo možné nasadiť úplne ploché, ale mali špecifický stupeň voľnosti, aký sme predtým nevideli. ““
Odtiaľ tím experimentoval s rôznymi spôsobmi, ako zmeniť tvar štruktúry. Rozhodli sa, že pneumatická aktivácia, ktorú je možné presne a ľahko začleniť pretekaním vzduchových hadíc cez kocky, by im umožnila čo najviac využívať štruktúru. Tvar sa mení v závislosti od toho, ktorá časť konštrukcie je naplnená vzduchom. „Akákoľvek štruktúra, ktorú vytvoríme pomocou tohto zariadenia, bude možné konfigurovať, “ hovorí.
Kocka môže byť stlačená tak, že leží rovno. (Johannes Overvelde) Pre Overvelde je flexibilita najdôležitejšou súčasťou koncepcie. Rád uvažuje o kockách ako o materiáli, nie iba o sebe, pretože si myslí, že veľa hodnoty objavu pochádza z mnohých rôznych spôsobov, ako ich možno postaviť.
Počiatočná testovacia kocka skupiny bola 50 centimetrov štvorcových. Myšlienka je škálovateľná - postavili skladaciu stoličku. Vedci teraz experimentujú s tým, ako zvyšujú citlivosť nafukovacieho mechanizmu na okolité podnety, ako je svetlo alebo vlhkosť. Vo veľmi malom merítku môžu kocky pôsobiť ako fotonické kryštály, odrážajúce rôzne vlnové dĺžky svetla a rôzne farby, keď menia tvar.
„Ak máte krídlo motýľa, štruktúra mu dodáva farbu. Takže ak ste mali zariadenie, ktoré chce zmeniť farbu, môžete to napodobniť, “hovorí Overvelde. „Na druhej strane si myslíte o architektonickej aplikácii. Keby ste reagovali na teplo, mohli by ste vytvoriť stenu tejto štruktúry, ktorá sa otvára a dýcha. Mohli by ste vytvoriť štruktúru, ktorá reaguje na vodu, takže keď prší, automaticky sa zavrie. “
Táto technológia by mohla mať veľa aplikácií. (Johannes Overvelde) Overvelde preukázal, že koncept funguje, a teraz chce vidieť, ako sa dá uplatniť. Okrem fotonických kryštálov a pohyblivej architektúry si myslí, že by sa dalo použiť na všetko od zdravotníckych pomôcok, ktoré by sa dali zabaliť pre ľahké vloženie do tela až po roboty a použiteľné kozmické lode.
„Som skutočne zvedavý, ako to ostatní výskumníci vyzdvihnú, “ hovorí.
