為了滿足人們對(duì)移動(dòng)性的需求，市面上存在許多臨時(shí)建筑的產(chǎn)品，包括露營(yíng)帳篷、大賣場(chǎng)門(mén)口亂甩的充氣人偶等等。盡管這些產(chǎn)品都做到了可以快速搭建(充氣)以及快速拆除(放氣)，但由于充氣結(jié)構(gòu)都是單穩(wěn)態(tài)的，這意味著它們需要恒定的壓力輸入才能保持其充氣狀態(tài)。減輕壓力，結(jié)構(gòu)將恢復(fù)其唯一穩(wěn)定的形狀——在地上坍縮成一個(gè)平面。
如果，這些充氣結(jié)構(gòu)具備雙穩(wěn)態(tài)呢？這樣可以擺脫持續(xù)施壓的局限了！近日，現(xiàn)在，哈佛大學(xué)約翰·保爾森工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院(SEAS)的研究人員開(kāi)發(fā)了受折紙啟發(fā)的雙穩(wěn)態(tài)充氣結(jié)構(gòu)。該項(xiàng)研究發(fā)表在《自然》期刊上。
當(dāng)折紙遇上幾何學(xué)的時(shí)候，魔法發(fā)生了——研究小組開(kāi)發(fā)了一個(gè)三角形積木庫(kù)，該積木可以彈出或折疊成扁平狀，并可以組合成不同的形狀以構(gòu)建閉合的多穩(wěn)態(tài)形狀。
“我們依靠的是這些構(gòu)件的幾何形狀，而不是材料特性，這意味著我們可以用幾乎所有材料(包括廉價(jià)的可回收材料)制造這些構(gòu)件，”該研究的第一作者，材料科學(xué)與機(jī)械工程學(xué)系的本杰明·戈里森(Benjamin Gorissen)說(shuō)。
將設(shè)計(jì)過(guò)程帶入現(xiàn)實(shí)世界，研究人員用厚塑料片材設(shè)計(jì)并建造了只需要充氣就可以自己撐起來(lái)的帳篷，在撤掉充氣之后，它仍然穩(wěn)穩(wěn)地立在地上，并沒(méi)有塌回去。
這看上去似乎很簡(jiǎn)單，不過(guò)是個(gè)相當(dāng)“普通”的新發(fā)明。但是它的用途，可以說(shuō)多到無(wú)法想象。該論文的第一作者之一大衛(wèi)·梅蘭松(David Melancon)說(shuō)：“您可以想象這些避難所是作為災(zāi)區(qū)應(yīng)急響應(yīng)的一部分而部署的�！薄八鼈兛梢远逊旁诳ㄜ嚿希⑶抑恍枰粋�(gè)壓力源就可以給它們充氣。一旦它們膨脹后，就可以卸下壓力源并移到下一個(gè)帳篷上。”
如此一來(lái)，無(wú)論是多么大型的臨時(shí)避難所都可以由一兩個(gè)人建立，而部署當(dāng)今的軍事野戰(zhàn)醫(yī)院則需要十幾個(gè)人。
這些折紙結(jié)構(gòu)的組成部分可以混合并匹配，以創(chuàng)建任何形狀或大小的結(jié)構(gòu)。研究人員建造了一系列其他結(jié)構(gòu)，包括拱門(mén)，可伸縮的吊桿和寶塔式結(jié)構(gòu)。研究人員還設(shè)計(jì)了具有兩種以上穩(wěn)定形式的形狀�？赡艿膽�(yīng)用場(chǎng)景還包括體育館的臨時(shí)吸音設(shè)備、臨時(shí)防洪大壩等等等等。
“我們已經(jīng)打開(kāi)了前所未有的大型充氣結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)空間，該結(jié)構(gòu)可以折疊成扁平狀并保持其展開(kāi)的形狀而不會(huì)發(fā)生災(zāi)難性破裂的危險(xiǎn)，”論文通訊作者，設(shè)計(jì)工程講師查克·霍伯曼(Chuck Hoberman)說(shuō)，“通過(guò)使用可充氣的，可逆的致動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)硬壁結(jié)構(gòu)外殼，我們看到了重要的應(yīng)用，不僅在地球上，而且還可能作為月球或火星探索的棲息地�！�
責(zé)任編輯：王磊
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