Наука догнала научную фантастику

В статье, опубликованной в Science Robotics, инженеры из Университета Бригама Янга (Brigham Young University) подробно описывают новую технологию, которая позволяет им встраивать сложные механизмы во внешнюю часть конструкции, не занимая при этом реального внутреннего пространства.

Новый класс механизмов получил название «развертываемые», от развертываемых поверхностей или материалов, которые могут принимать трехмерные формы из плоских, без растяжений или разрывов, как лист бумаги или металла. Их особенность заключается в расширении потенциала изогнутых поверхностей.

Эти поверхности находятся на изогнутой части (как, например, руки костюма Железного Человека) и могут трансформироваться или изменяться при развертывании для выполнения уникальных функций. Когда они не используются, они могут легко складываться обратно на поверхность конструкции.

Открытие позволит создавать компактные комплексные механизмы, встраиваемые в поверхности для выполнения сложных задач. По словам инженеров, сейчас это является очень важным, поскольку медицина, космическая и военная отрасли постоянно работают над тем, чтобы получить дополнительные возможности в меньшем пространстве устройств.

Развертываемые механизмы можно использовать для создания транспортных средств, которые смогут полностью скрывать часть внешних элементов, колес, выпускающих при необходимости «когти», пуленепробиваемых барьеров для полицейских и многого другого. Прежде такие устройства можно было увидеть только в фильмах, но наука постепенно догоняет научную фантастику.

Создание сверхкомпактных механизмов становится все более важным, поскольку производители в медицинской, космической и военной отраслях постоянно работают над тем, чтобы получить более сложные функциональные возможности в меньшем пространстве.

Моторизованная, полностью вращающаяся тяга, развертывающаяся из цилиндра

В перспективе возможно использование «развертываемых» механизмов в следующих направлениях:

  • медицина: хирургические инструменты, которые могут одновременно резать материалы и светить во время малоинвазивных вмешательств.
  • транспортные средства и самолеты: компоненты для хранения, которые могут быть развернуты с внутренней поверхности фюзеляжа и полностью убраны, когда они не используются
  • военные: дроны с четырьмя роторами, которые имеют регулируемые пролеты крыла для установки в ограниченном пространстве
  • космос: колеса, которые могут использовать «когти» для движения по скале, что может быть особенно полезно для межпланетного ровера.

Искусство оригами подтолкнуло исследователей к тому, что можно делать вещи, которые даже не похожи на оригами, и в то же время эти части являются как бы ядром конструкции, которая потом развертывается.

Этот новый класс механических конструкций возник из работ исследователя Ларри Хауэлла, профессора машиностроения, и его коллеги Спенсера Маглби над созданием оригами, выполненной в сотрудничестве с художником оригами Робертом Лангом. От солнечных батарей для НАСА до пуленепробиваемых барьеров для сотрудников полиции. Когда группа исследователей перешла к изогнутым принципам оригами, математически был раскрыт новый способ создания более сложных машин.

Итог — вещи, которые в прошлом были просто научной фантастикой!

Легкий пуленепробиваемый щит в стиле оригами, способен защитить правоохранителя от стрельбы. Щит, разработанный Хауэллом и его коллегами, изготовлен из 12 слоев пуленепробиваемого кевлара и весит всего 55 фунтов (многие из стальных барьеров при современном использовании приближаются к 100 фунтам). Построенный барьер использует рисунок складки оригами Yoshimura, успешно остановил пули из пистолетов калибра 9 мм, .357 Магнум и .44 Магнум.

Крошечные устройства в стиле оригами открывают новые возможности для минимально инвазивной хирургии. Команда Хауэлла разработала новые концепции дизайна, которые устраняют необходимость в шарнирных соединениях и других деталях, вместо этого полагаясь на отклонение, присущее оригами, для создания движения.

Эти небольшие инструменты позволят выполнить целый ряд новых. Одним из таких инструментов является щипцы с роботизированным управлением, настолько малые, что они могут проходить через отверстие размером около 3 миллиметров, что примерно равно толщине двух копеек, удерживаемых вместе.

© Роман Барский / Журнал «Наука и техника«