Nova tehnika ispisa, sklapanja i razmještanja samogradbenih struktura mogla bi jednog dana olakšati kirurzima postavljanje arterijskih stentova, a astronautima postavljanje novih, laganih svemirskih staništa.
Povezani sadržaj
- Buckminster Fuller bio je dobar u idejama, grozan u dizajnu automobila
- Novi Zeland poslao je svemiru 3D raketu s printom
Dizajni se nadovezuju na arhitektonski koncept nazvan "tensegrity", pojam koji je skovao Buckminster Fuller 1960-ih (koji je prvi patentirani oblik patentirao 1962.). Napetost, ili "dimenzionalni integritet", strukture se drže u obliku pomoću krutih potpornih držača na mjestu s međusobno povezanim visokonaponskim kablovima. Most Kurilpa u Brisbaneu u Australiji i novi toranj radio antene izgrađen na Santiago u čileanskom brdu Metropolitan Park dva su tipična primjera struktura napetosti.
Iako su vrlo jaki, teški su jer su izrađeni metalnim nosačima i kablovima. Georg Tech inženjeri Glaucio Paulino i Jerry Qi željeli su primijeniti iste dimenzijske prednosti na objektima koji bi se mogli koristiti za više od mostova i antena, poput svemirskih staništa ili srčanih stentova.
Paulino i Qi osmislili su metodu za stvaranje 3D lakih, sklopivih verzija ovih dizajna za ispis s cijevima izrađenim od plastičnog materijala koji se naziva polimer za pamćenje oblika povezan s ispisanim elastičnim tetivama.
Zagrijavanjem cijevi, materijal nosača postaje programiran da "pamti" otvorenu konfiguraciju. Potom se može izravnati i presaviti, a nakon što se cjelokupni dizajn ponovno izloži toplini, cijeli se paket polako razvija u svoju konačnu, otvorenu konfiguraciju - bez uključenih motora.
Paulino i Qi također su otkrili da se programiranjem različitih dijelova dizajna na različite temperature mogu dizajnirati kako bi se spriječilo zapetljanje kabela.
Budući da se čitav dizajn može srušiti na paket koji je u potpunosti kompletno sastavljen, zauzima puno manje prostora od klasičnih tensegrity dizajna.
"Ako usporedite dizajne napete žilavosti s bilo kojom drugom vrstom konstrukcije, oni su izuzetno lagani i vrlo čvrsti", kaže Paulino. "Ljepota ovog sustava je u tome što postoji dodatni stupanj slobode koji omogućava napetosti da se deformira, promijeni oblik, dramatično promijeni oblik i podrži bilo koju vrstu utovara u bilo kojem smjeru."
Paulino i Qi modeli laboratorija veličine su dječje igračke za stol, širine od četiri do pet centimetara sa strane, i ne izgledaju baš toliko kao visoko organizirani snop štapova koji se drže na mjestu napetom ribolovnom linijom. Kad se potpuno razviju, nosači su čvrsti i kruti, dok su elastični kabeli mekši i fleksibilniji. Dizajni se, kada su u potpunosti sastavljeni, daju određeni rezultat - ako ih stisnete, oblik će se deformirati. Ali kad se puste, oni odmah dobivaju oblik.
Tim je koristio kupke s toplom vodom kako bi demonstrirao kako djeluje postupak raspakiranja pri visokim temperaturama, ali čak i alat poput toplotnog pištolja ili sušila za kosu. On samo mora biti dosljedan - što u trenutnoj fazi razvoja može biti problematično - kaže Paulino. Kontroliranje vibracija također je predstavljalo izazov iu ostalim tipovima dizajna napetosti.
Paulino i Qi odlučili su se poslužiti jednostavnim dizajnom za lakše laboratorijsko testiranje, ali Paulino kaže kako nema ograničenja u onome što bi se moglo učiniti na prednjem dijelu dizajna.
Njihova ideja je da se polimerne napetosti mogu povećati i načiniti mnogo složenije, poput svemirskih struktura ili dolje, do veličine nešto što bi moglo stati u ljudsko tijelo. Zamislite stent koji bi mogao biti umetnut u arteriju, kaže Paulino, koji se samo jednom rastavi na svom položaju. Ili ako bi se svemirske građevine izrađivale od sličnih memorijskih polimera u obliku, oni bi također težili puno manje od slične konstrukcije izrađene od metala, što omogućava jeftinije lansiranje unaprijed sastavljenih okvira koji bi se mogli koristiti u laboratoriji ili stambenim prostorijama u prostor.
To su u ovom trenutku još uvijek samo koncepti, premda je dodao da ima zanimanja od medicinskih kolega i da je NASA već istraživala napetost kao pristup budućim svemirskim misijama.
Robert Skelton, koji je desetljećima na teksaškom sveučilištu A&M istraživao napetost za primjene u oceanima i svemiru, kaže da Paulino i Qi rad imaju visoku učinkovitost u odnosu na druge tipove dizajna.
"Lijepa prednost Paulinog i Qi-ovog rada je mala količina energije koja je potrebna da učvrsti [strune]", napisao je Skelton e-mailom. Skelton je dodao da je sličan princip na djelu kada izvučete metalnu mjerač vrpce: unaprijed je napregnuto da bude blago zakrivljen kad se izvuče, ali ravna dok se valja. Prednapregnuti strukturni elementi bili su važan pristup za izgradnju svemira, poput Hubble svemirskog teleskopa, čija su solarna polja bila raspoređena s takvim prednapregnutim metalnim trakama, koje su krute jednom kad se potpuno otvore.
"Utjecaj [strukture tenzije oblika memorije] bit će jednako širok, s velikim brojem primjena, na zemlji i u svemiru", dodao je Skelton.
Dakle, sljedeća stvar kojom Paulino kaže da će se on i Qi pozabaviti je da njihova koncepcija bude ljestvica - gore i dolje. A budući da je sve što je potrebno je 3-D pisač i pravi materijal, to bi se moglo učiniti s bilo kojeg mjesta nakon što se tehnika usavrši.
"Trebalo je neko vrijeme da se dostigne ova razina, ali smatramo da imamo dobro polazište za sljedeće korake", kaže Paulino. "Jako smo uzbuđeni zbog toga. Sigurno ne znamo sve što još treba učiniti, ali imamo uvjerenje da možemo napredovati u ideji. "
