Киригами: японское искусство помогает создавать новые легкие материалы

от Виш Гейн

4 дня назад

Изображение: предоставлено исследователями

Описанная как родственная «стальной пробке», пластинчатая решетка, разработанная командой ученых Массачусетского технологического института, может помочь создавать прочные и легкие детали для самолетов, автомобилей и космических кораблей.

Ученые создали новый прочный материал на основе металла на основе киригами — древнего японского искусства складывания и вырезания бумаги — который легче пробки.

Как и более популярное оригами, киригами — это практика складывания и резки бумаги для создания легких и прочных трехмерных фигур. Ученые надеются, что, заменив бумагу металлами, этот так называемый искусственный материал сможет иметь настраиваемые механические свойства.

«Этот материал подобен стальной пробке», — сказал профессор Нил Гершенфельд, возглавляющий Центр битов и атомов Массачусетского технологического института (MIT) и старший автор новой статьи об этом подходе. «Он легче пробки, но обладает высокой прочностью и жесткостью».

Этот материал, известный как пластинчатая решетка, был создан в гораздо больших масштабах, чем ранее удавалось достичь ученым с помощью аддитивного производства. Нестандартные формы позволяют ученым придавать металлам и другим материалам новые механические свойства.

Этот документ был представлен на Международной технической конференции по проектированию и инженерному проектированию, а также на конференции «Компьютеры и информация в инженерии» в Бостоне на этой неделе.

«Пластинчатые решетки превосходят балочные решетки по прочности и жесткости, сохраняя при этом тот же вес и внутреннюю структуру», — сказал Альфонсо Парра Рубио, один из соавторов статьи.

«[Его] строительство было настолько трудным, что исследований в макромасштабе проводилось мало. Мы считаем, что складывание — это путь к более легкому использованию пластинчатой ​​конструкции такого типа, изготовленной из металла».

Среди других авторов статьи — Клара Мундилова, аспирантка Массачусетского технологического института в области электротехники и информатики, Дэвид Прейсс, аспирант Массачусетского технологического института и Эрик Демейн, профессор информатики Массачусетского технологического института.

Используя этот метод, команда изготовила алюминиевые конструкции с прочностью на сжатие более 62 килоньютонов, но весом всего 90 килограммов на квадратный метр. Напротив, пробка весит около 100 килограммов на квадратный метр.

Команда обнаружила, что конструкции были настолько прочными, что могли выдержать в три раза большую силу, чем обычный алюминиевый гофрокартон. Это означает, что эта технология может помочь ученым производить более легкие и амортизирующие компоненты для самолетов, автомобилей и космических кораблей.

«Чтобы создавать такие вещи, как автомобили и самолеты, огромные инвестиции вкладываются в инструменты. Этот производственный процесс осуществляется без инструментов, как, например, 3D-печать», — объяснил Гершенфельд. «Но в отличие от 3D-печати, наш процесс может установить предел свойств материала».

Но метод с использованием решетчатых структур из пластинок киригами может оказаться трудным для моделирования.

«По моему опыту создания сложных архитектурных проектов, современные методы создания крупномасштабных изогнутых и дважды изогнутых элементов являются материалоемкими и расточительными и поэтому считаются непрактичными для большинства проектов», — сказал Джеймс Коулман, соучредитель дизайнерской фирмы по производству и монтажу. СуммаПочка.

«Хотя технология авторов предлагает новые решения для аэрокосмической и автомобильной промышленности, я считаю, что их клеточный метод также может существенно повлиять на искусственную среду», — добавил он.

Коулман, который не участвовал в этой работе, считает, что способность изготавливать пластинчатые решетки различной геометрии с определенными свойствами может позволить создать более эффективные и выразительные здания с меньшим количеством материала.

«Прощайте тяжелые стальные и бетонные конструкции, здравствуйте легкие решетки!»

10 вещей, которые вам нужно знать, прямо на ваш почтовый ящик каждый будний день. Подпишитесь наЕжедневный обзор, дайджест важнейших научно-технических новостей Кремниевой Республики.

Связанные темы: исследования, космические технологии, автотехнологии, материаловедение, Япония, Массачусетский технологический институт.