Инженеры Мичиганского университета впервые продемонстрировали возможность строительства несущих конструкций, таких как мосты и укрытия, с использованием модулей оригами. Эти универсальные компоненты способны компактно складываться и принимать различные формы.
Этот прорыв открывает новые перспективы для быстрого восстановления объектов и систем после стихийных бедствий или для строительства в условиях, ранее считавшихся непрактичными, включая космическое пространство. Кроме того, данную технологию можно применять для построек, которые требуется быстро собирать и разбирать, таких как концертные площадки и сцены для мероприятий.
Евгений Филипов, доцент кафедры гражданского и экологического строительства и машиностроения, автор исследования, опубликованного в журнале Nature Communications, отмечает:
Наша система, обладающая адаптивностью и несущей способностью, способна создавать конструкции, применимые в современном строительстве.
Принципы оригами позволяют эффективно складывать крупные материалы в небольшие пространства. По мере того как модульные строительные системы становятся все более распространенными, возрастает и спектр применения компонентов, которые легко хранить и транспортировать.
Инженеры в течение многих лет пытались создать оригами-системы, обладающие необходимой грузоподъемностью и способные быстро разворачиваться и реконфигурироваться. Исследователи Мичиганского университета разработали систему, которая решает эту проблему. Примеры возможных конструкций:
- Колонна высотой 1 метр, способная выдерживать вес 2,1 тонны, при собственном весе чуть более 7 кг и основании менее 0,09 м².
- Пакет, который можно развернуть из куба шириной 0,5 м и превратить в различные конструкции, включая пешеходный мост длиной 4 метра, автобусную остановку высотой 2 метра и колонну высотой 4 метра.
Ключевым моментом в достижении этого успеха стал новый подход к дизайну, предложенный И Чжу, научным сотрудником в области машиностроения и соавтором исследования.
При работе над концепциями оригами люди часто начинают с идей тонких бумажных моделей, предполагая, что их материалы будут такими же тонкими, как бумага. Однако для строительства обычных конструкций, таких как мосты и автобусные остановки, мы нуждаемся в математических инструментах, которые учитывают толщину материалов еще на этапе проектирования оригами.
Для повышения несущей способности многие исследователи пытались увеличить толщину конструкций в разных местах, однако команда Мичиганского университета обнаружила, что важна однородность.
Помимо способности выдерживать значительные нагрузки, эта система, известная как система модульных структур с равномерной толщиной в стиле оригами, способна изменять свою форму и превращаться в мосты, стены, полы, колонны и другие конструкции.
