Оригами и уховёртка – принципы компактной сборки крыла

Оригами и уховёртка – принципы компактной сборки крыла

Оригами – вид древнего искусства декоративно-прикладного характера. Смысл заключается в работе с листом бумаги, когда этот лист бумаги складывают разнообразными сложными фигурами. Между тем примеры оригами существуют в естественном мире. Крыло насекомого под названием уховёртка является наглядной иллюстрацией продуманного дизайна, более сложного, чем любая структура, созданная человеком.

Моделирование крыла насекомых — технологический прорыв

Разложенное крыло уховёртки имеет площадь в десять раз большую, чем в сложенном состоянии. Это один из самых высоких показателей коэффициента складывания, которое можно наблюдать в мире насекомых.

Большая площадь крыла позволяет насекомому летать, а способ компактной сборки крыльев делает возможным комфортное существование под землей, не повреждая при этом структурной механики.

Конструкция сборки крыла имеет еще одну уникальную особенность — исключение необходимости применения мышечной силы. Благодаря только одному «щелчку», крыло полностью складывается, без приведения мышечной структуры в действие.

Учёные ETH в Цюрихе при содействии специалистов Университета Пердью изучили тайну оригами подобных крыльев уховёртки и создали искусственную структуру, функционирующую по аналогичному принципу.

Чтобы проанализировать структуру и функцию крыла, учёным пришлось провести компьютерное моделирование. Способ компьютерного моделирования показало действие классического принципа оригами — использование жестких прямых складок с угловой суммой пересечений в 360 градусов.

При такой системе свёртывания уховёртка должна складывать крылья до трети их полного размера. Выяснилось, что важнейшим фактором конструкции крыла насекомого являются эластичные складки. Эти складки способны работать как пружины — экстенсиональные либо ротационно-скрученные.

Швы крыла уховёртки выполнены на основе эластичного биополимера — резилина, расположение и толщина которого определяют тип «пружины». В некоторых случаях как экстенсиональные, так и ротационно-скрученные функции объединены в одном и том же суставе.

Учёные изучили также сочленение средней части крыла уховёртки. Эта часть отвечает за стабильность в открытом и закрытом состоянии. Здесь складки пересекаются под углами, которые никак не совместимы с теорией твердого оригами.

Создание четырёхмерной искусственной структуры

Результаты компьютерного моделирования учёные провели через трёхмерный принтер. Так экспериментаторы изготовили объект, состоящий из четырех жестких полимерных пластин, соединенных мягкими эластичными элементами.

Пружинные функции соединительных складок запрограммировали в материал, чтобы эти складки могли выполнять экстенсиональные или круговые движения, имитируя биологическую модель.

3D-напечатанные, само складывающиеся элементы оригами пока что сделали в качестве прототипов. На будущее потенциальным вариантом может стать складная электроника. Другая область — космические путешествия, где на подобном принципе могут строиться солнечные паруса спутников или космические зонды.


Источник материала: ETH Zurich


Добавить комментарий

Внимание: Спам не пройдёт. Работает фильтрация комментариев. *