Arkkitehdit voivat mukauttaa projektinsa tähän tekniikkaan käyttämällä hätätilanteita varten kehitettyä automatisoitua algoritmia.
Sisältö
Aivan kuten joku vetää lankaa isoäidin neulomasta villapaidasta, kunnes se muuttuu vyyhdiksi, Massachusettsin teknillisen instituutin tutkijat ovat kehittäneet uuden tekniikan, jolla voidaan nopeasti luoda kolmiulotteisia rakenteita, jotka reagoivat hätätilanteisiin, kuten kenttäsairaalan rakentamiseen .
Kirigaman, muinaisen japanilaisen paperinleikkaustaiteen, innoittamana tämä tutkimusryhmä ehdottaa pienten esineiden ja suurten rakenteiden luomista, jotka saavat nopeasti muodon vetämällä langasta, joka kulkee niiden kaikkien osien läpi.
Keksinnön päätavoitteena on varmistaa, että 3D-tulostimella tulostetut esineet voidaan ottaa välittömästi käyttöön hätätilanteissa ja helpottaa niiden kuljetusta. Esimerkkinä Massachusetts Institute of Technology mainitsee kenttäsairaalan rakentamisen luonnonkatastrofin sattuessa, kun nopeaa lääketieteellistä apua tarvitaan ihmishenkiä pelastaakseen.
Vedä langasta
Rakenne on alun perin tasainen ja muodostuu langalla yhdistetyistä osista. Kun narua vedetään, elementit asettuvat siten, että esine saa halutun kolmiulotteisen muodon.
Tasaisen rakenteen kaarevuuden aikaansaamiseksi se on valmistettu mosaiikista – monista eri muotoisista palasista, jotka on yhdistetty kulmissa pyörivillä niveleillä.
Narun tai köyden on kuljettava mosaiikkilaattojen välissä. Ohjausmekanismi on helposti käännettävissä: riittää, että köysi vapautetaan, jotta rakenne tasoittuu nopeasti ja palaa alkuperäiseen tasomaiseen asentoonsa.
Tämän menetelmän tehokkuus ei riipu kohteen koosta, joten sitä voidaan soveltaa kaikkeen: pienistä tilavuudeltaan suurista tuotteista, kuten kipsivaluista, arkkitehtonisiin rakenteisiin, joiden kokoamiseen tarvitaan nostureita. Näin ollen luettelo tuotteista, joille tämä tekniikka voi olla hyödyllinen, on erittäin laaja .
Harkittujen vaihtoehtojen joukossa on pyöräilykypärä , joka taittuu suojaamaan pyöräilijää ja taittuu helpomman säilytyksen vuoksi. Jopa taitettavat robotit voivat olla käyttökelpoisia tulevissa avaruustutkimuksissa.
NASA:n kaltaisten virastojen toteuttamien kuu- ja Mars-missioiden yhteydessä on tarkoitus luoda asuintiloja tuleville astronautille, jotka voivat asua jonkin aikaa näissä uusissa paikoissa. Tällaisten avaruusasuntojen kehittäminen on synnyttänyt lukuisia rakennustekniikoita, kuten tässä artikkelissa kuvattu.
Suunnittelu ja tulostus
”Menetelmämme yksinkertaistaa käyttäjän työtä”, sanovat projektin johtajat. Käyttäjä syöttää vain tuotteensa tai rakennuksensa suunnitelman, ja algoritmi hoitaa automaattisesti kaiken muun. Interaktiivinen käyttöliittymä yksinkertaistaa suunnitteluprosessia tuotantoon sopivien kohteiden luomiseksi.
Heidän menetelmässään käyttäjän suunnittelu jaetaan kirigista inspiraationsa saaneeseen nelikulmaisten laattojen verkkoon. Leikkaamalla materiaalin tietyllä tavalla he voivat sitten koodata sille ainutlaatuisia ominaisuuksia. Tässä tapauksessa he luovat auxetisen mekanismin – rakenteen, joka paksunee venytyksessä ja ohenee puristuksessa.
Tutkijoiden tehtävänä oli mallintaa tehokkaasti köyden liikerata ja määrittää tarkasti kanavan sisällä oleva kitka, jotta muunnos yhdestä muodosta toiseen olisi mahdollisimman helppo ja nopea. ”Kokeilemalla erilaisia malleja huomasimme, että reunalevyjen sulkeminen on tärkeää köyden oikeanlaisen avaamisen ja niiden läpi kulkemisen kannalta”, selittää Akib Zaman, sähkötekniikan ja tietotekniikan (EECS) laitoksen jatko-opiskelija ja projektin pääkirjoittaja .
Tämän kehyksen suunnittelualgoritmi käyttää kaksivaiheista menetelmää etsimään vähimmäiskitkan reitin, jota kaapeli kulkee, jotta se voidaan kiristää ja luoda halutut kaarevuudet sujuvalla liikkeellä.
Kun 3D-geometria on koodattu tasaiselle joustavien laattojen joukolle, algoritmi laskee vähimmäismäärän pisteitä, jotka kiristysköysi on nostettava 3D-rakenteen täydelliseksi avaamiseksi. Sitten se löytää lyhimmän reitin, joka yhdistää nämä nostetut pisteet, mukaan lukien kaikki objektin rajapinnat, jotka on yhdistettävä rakenteen ohjaamiseksi sen 3D-kokoonpanoon.
Sitten käyttäjän tarvitsee vain valmistaa osat täsmälleen algoritmin laskemalla tavalla. Esimerkiksi rakenne voidaan valmistaa monimateriaalisen 3D-tulostimen avulla, joka tulostaa laattojen silmukat joustavalla materiaalilla ja muut pinnat kovalla materiaalilla.
Toinen etu, jonka tämän projektin tutkijat ovat havainneet, on se, että heidän järjestelmällään luodut rakenteet eivät ole riippuvaisia valmistusmenetelmästä, joten kokonaiset rakenteet voidaan valmistaa 3D-tulostuksella, CNC-jyrsinkoneilla, valulla tai muilla tekniikoilla.
Tulevaisuudessa tutkijat aikovat jatkaa miniatyyrirakenteiden tutkimusta ja ratkaista samalla arkkitehtonisten installaatioiden luomiseen liittyviä teknisiä ongelmia, kuten optimaalisen kaapelin paksuuden ja tarvittavan nivelen lujuuden määrittämisen. He pyrkivät myös luomaan itsestään avautuvan mekanismin, jotta rakenteita ei tarvitse ohjata ihmisen tai robotin toimesta.
