Az önépítő szerkezetek kinyomtatásának, összecsukásának és telepítésének új technikája egy nap megkönnyítheti a sebészeket, hogy az artériás stentek elhelyezkedjenek, vagy az űrhajósok új, könnyű, űrbeli élőhelyeket telepítsenek.
kapcsolodo tartalom
- Buckminster Fuller jó volt az ötletekben, szörnyű az autótervezésben
- Új-Zéland 3D-ben nyomtatott rakétát küldött az űrbe
A tervek egy "tensegrity" elnevezésű építészeti koncepción alapulnak, amelyet Buckminster Fuller az 1960-as években megalkotott (aki 1962-ben szintén szabadalmazta az első feszültség-alakzatok). A feszesség és a "feszültség integritása" szerkezetek formájában tartják magukat merev rugókkal, amelyeket a helyükön tartanak, összekapcsolt nagy feszültségű kábelekkel. Az ausztráliai Brisbane-i Kurilpa híd és egy új rádióantenna-torony épül Santiago tetején, a Chile Metropolitan Park dombon.
Annak ellenére, hogy nagyon erősek, nehézek is, mivel fémből és kábelekből épülnek fel. A Georgia Tech mérnökei, Glaucio Paulino és Jerry Qi ugyanazokat a feszültség-előnyöket kívánta alkalmazni olyan tárgyakra, amelyeket nemcsak a hidakhoz és az antennákhoz lehet felhasználni, például az űrlakásokra vagy a szívsztentekre.
Paulino és Qi kidolgoztak egy módszert ezeknek a mintáknak a 3D nyomtatható, könnyű, összecsukható verzióinak elkészítésére, olyan műanyagszerű anyagból készült csövekkel, amelyeket alakmemória polimernek neveznek, nyomtatott rugalmas inakkal.
A csövek felmelegítésével a rugóstag anyag úgy programozódik, hogy „emlékezzen” a nyitott konfigurációra. Ezután lelapíthatja és összehajthatja, és miután az egész kialakítást újra hőnek tette ki, az egész csomag lassan kibontakozik végleges, nyitott konfigurációjába - nincs benne motor.
Paulino és Qi azt is megállapították, hogy a tervek különféle részeinek különböző hőmérsékleten történő kibontakozására programozva terveik szakaszosan kicsomagolhatják magukat, hogy megakadályozzák a kábelek összegabalyodását.
Mivel a teljes formadarabot egy csomagba lehet lebontani, amely lényegében teljesen össze van szerelve, sokkal kevesebb helyet foglal el, mint a hagyományos feszességű minták.
"Ha összehasonlítják a feszességű mintákat bármilyen más típusú szerkezettel, akkor rendkívül könnyűek és nagyon erősek" - mondja Paulino. "Ennek a rendszernek a szépsége az, hogy van egy extra fokú szabadság, amely lehetővé teszi a feszültség torzulását, alakjának megváltoztatását, drámai alakváltozását, és bármilyen irányú terhelést támogat."
Paulino és Qi laboratóriumi modelljei olyan méretűek, mint egy gyermek asztali játék, négy-öt hüvelyk átmérőjűek, és semmi másnak sem tűnnek, mint egy jól szervezett botok, amelyeket a feszes horgászvezeték tart a helyén. Teljes kibontáskor a rugóstagok kemények és merevek, míg az elasztikus kábelek lágyabbak és rugalmasabbak. A terveknek, ha teljesen össze vannak szerelve, van némi adottságuk - ha összepréseli őket, az alak deformálódik. De elengedik a formáját, amikor elengedik.
A csapat forróvizes fürdőkkel bizonyította, hogy a magas hőmérsékleten történő kicsomagolás miként működik, de még az olyan eszköz, mint a hőpisztoly vagy a hajszárító, meg fogja csinálni a trükköt. Csak konzisztensnek kell lennie - ami a fejlődés jelenlegi szakaszában problematikus lehet - mondja Paulino. A rezgésszabályozás kihívást jelentett más típusú feszességű mintákban is.
Paulino és Qi úgy döntött, hogy az egyszerű mintákat használja a laboratóriumi tesztelés megkönnyítésére, de Paulino szerint nincs korlátozva az, amit meg lehet tenni a formatervezési oldalon.
Elképzelésük az, hogy a polimer feszültségálló struktúrák méretezhetők és sokkal összetettebbé tehetők, akár az űrstruktúrákhoz, akár lefelé, olyasmire, ami az emberi testben elfér. Képzeljünk el egy sztentot, amelyet be lehet helyezni egy artériába - mondja Paulino, amely önmagától a helyzetbe kerül. Vagy ha a térhez kötött szerkezeteket hasonló alakú memóriapolimerekből kellene készíteni, akkor is sokkal kevesebbek lennének, mint egy hasonló fémből készült szerkezettel, lehetővé téve az előre összeállított keretek olcsóbb indítását, amelyeket laboratóriumi vagy lakóhelyiségekben lehetne használni tér.
Ezek a mai napig csak fogalmak, bár hozzátette, hogy érdeklődést mutatott az orvosi kollégák iránt is, és hogy a NASA már vizsgálta a feszültséget mint a jövőbeli űri missziók megközelítését.
Robert Skelton, aki évtizedek óta kutatja az óceán- és űrhajózási feszültségeket a texasi A&M Egyetemen, elmondja, hogy Paulino és Qi munkája hatékonyságot mutat a többi feszültségviszonyokhoz képest.
"Paulino és Qi munkájának egyik kedvező előnye az a kevés energiamennyiség, amely ahhoz szükséges, hogy a merevítők megfeszüljenek" - írta Skelton e-mailben. Skelton hozzátette, hogy hasonló elv érvényes a fém mérőszalag kihúzásakor is: az előfeszített, hogy kissé hajlított legyen, amikor kihúzza, de lapos, miközben feltekercselt. Az előfeszített szerkezeti elemek fontos megközelítést jelentenek az űremészítésben, például a Hubble űrteleszkópon, ahol a napelemeket olyan előfeszített fémcsíkokkal helyezték el, amelyek teljesen nyitva álltak.
"A [alak-memória feszességének szerkezete] hatása ugyanolyan széles lesz, sokféle alkalmazással, a földön és az űrben" - tette hozzá Skelton.
Tehát Paulino azt mondja, hogy ő és Qi fogják kezelni a koncepciójukat - felfelé és lefelé. Mivel csak egy 3D-s nyomtatóra és a megfelelő anyagra van szükség, bárhol el lehet készíteni, miután tökéletesítette a technikát.
"Beletelt egy ideig, hogy elérjük ezt a szintet, de úgy érezzük, hogy jó indulási pontunk van a következő lépésekhez" - mondja Paulino. Nagyon izgatottak vagyunk benne. Természetesen nem tudunk mindent, amit még meg kell tenni, de bízunk benne, hogy képesek vagyunk jó előrehaladást elérni az ötlet terén. ”
