اخبار فناوری، اخبارتکنولوژی، اخبار علمی و پزشکی، شبکه های اجتماعی، کسب و کار و استارتاپ ها

حلقه های Bigon: تکنیکی با الهام از ساخت توری می تواند روزی دست ساخت بشر را بهبود بخشد

محققان ریاضیاتی را توصیف کردند که اساس بسیاری از اشکال ایجاد شده از نوارهای نازک مواد انعطاف پذیر است. این تکنیک ها می توانند به تشکیل موادی کمک کنند که با تغییر شرایط ، عملکرد را بهبود می بخشند.

0

لورن درایر در حال جستجوی كتابی در قرن نوزدهم توسط معمار آلمانی گوتفرید سمپر بود كه چند الگوی جذاب را با الهام از توری مشاهده كرد. یک هنرمند و طراح حرفه ای که غالباً تکنولوژی را در کار خود گنجانده است ، درایر که دانشجوی دکترا نیز در دانشکده معماری دانشگاه پرینستون است ، تصمیم گرفت تصاویر چاپ شده را به صورت سه بعدی بازآفرینی کند.

او مواد پلاستیکی روبان مانند را که در استودیوی خود آزمایش کرد، نوارهای نیمه سخت را خم کرده و بهم متصل کرد. در کمال تعجب درایر مشاهده کرد ساختاری که وی ساخته است دارای هندسه ای ناهموار و دارای چهار تپه و دره مجزا است. درایر گفت: “من فکر می کردم گنبدی ساخته می شود ، اما این شکل غیر عادی است.” با کنجکاوی از دانستن اینکه چه چیزی باعث این پیچ و تاب غیرمنتظره شده است ، به سراغ سیگرید آدریانسنز ، استادیار گروه مهندسی عمران و محیط زیست پرینستون رفت.  این استاد نیز نتوانست این پدیده را توضیح دهد ، اما او نیز بسیار شیفته بود. وی یک تحقیق مشترک را برای یافتن دلیل مکانیک عجیب ساختاری پیشنهاد داد.

اشکال از نوارهای انعطاف پذیر محققان با استفاده از نوارهای انعطاف پذیر ساختارهایی را ایجاد کردند. اعتبار: دانشگاه پرینستون

کشف درایر منجر به ایجاد ساختاری قابل تنظیم شد که محققان آن را حلقه بیگن نامیدند. با دستکاری در طراحی خاص الگوهای سازه ، تیم توانست چندین هندسه تولید کند که ناشی از رفتارهای مختلف حلقه ای است. طبق مقاله ای که یافته های مجله مکانیک و فیزیک جامدات را توصیف می کند ، چارچوب عددی کشف شده را می توان در هر شبکه میله الاستیک عمومی ، اعم از نخ ، بامبو یا پلاستیک استفاده کرد. همچنین می تواند منجر به ایجاد محصولات و فناوری های جدید شود که قادر به تغییر شکل برای بهبود عملکرد در شرایط متغیر از فضاپیما به فناوری پوشیدنی هستند.

آدریانسنز گفت: “با الهام از الگوهای توری ، من می توانم بگوییم هیچ کس قبلاً چنین کاری نکرده است.”برخی از این رفتارها بسیار غیرمنتظره بودند و فقط با تنظیم زاویه یا عرض ، رفتاری کاملا متفاوت پیدا می کنید.”

برای بررسی فیزیک این مشاهدات ، درایر با چندین همکار از جمله تیان یو ، محقق فوق دکترا در آزمایشگاه آدریانسس ، از نزدیک همکاری کرد. یو گفت: “این اولین بار است که با یک هنرمند کار می کنم و هرگز انتظار نداشتم روی پروژه ای الهام گرفته از توری کار کنم.” “من مجذوب مکانیک این پروژه هستم.”

محققان با تا زدن نوارهای انعطاف پذیر ساختارهای مختلفی ایجاد کردند. اعتبار: دانشگاه پرینستون

برخلاف سازندگان سنتی توری که از نخ های نرم به هم تابیده استفاده می کنند ، محققان آثار آنها را به صورت سازه های شل و حلقه ای تنظیم کردند. درایر گفت: “همه چیز در مورد ایجاد فضای اضافی بین گره ها است.” این تیم با ساختن سازه های بسته به نام bigons با ثابت کردن انتهای دو نوار مستقیم در یک زاویه خاص ، ایجاد فرم هایی مانند چشم یا بادام شروع به کار کرد. شبیه کلیپس های فلزی مربوط به دهه 1990 ، بیگن ها قابلیت انعطاف پذیری یا دو شکل پایدار مختلف را به نمایش می گذارند که با اعمال فشار جزئی ، ساختارها می توانند بین آنها تغییر حالت دهند.

از آنجا ، محققان چندین bigon را به صورت زنجیره ای و سپس با اتصال انتهای آنها ، یک حلقه مرتب کردند. بیگن های قابل دریافت با هم یک ساختار کلی ایجاد کردند که می تواند هندسه های احتمالی زیادی را تشکیل دهد. ساختارها پایدار بودند ، بدین معنی که از مجموعه فرم هایی تشکیل شده اند که هر یک از آنها می تواند مستقل از سایر موارد پایدار باشند. ، همانطور که این اشکال جدید را  حلقه های بیگون می نامیدند ، گاهی اوقات رفتار تاشوی مشابه تیغه اره نواری را نشان می دهند و به عقب برمی گردند. اما رفتار آنها همچنین می تواند با تنظیم زاویه تقاطع و نسبت ابعاد نوارهای تشکیل دهنده بیگون ها و تغییر تعداد بیگون های تشکیل دهنده حلقه تنظیم شود.

همانطور که درایر روی ساخت این سازه ها کار می کرد ، یو با استفاده از معادلات میله کریشهف مدل عددی مختص آنها ایجاد کرد که یک میله نازک و الاستیک هنگام باردار شدن با نیرو و جابجایی رفتار آن را توضیح می دهد. محققان با اندازه گیری از خلاقیت های فیزیکی درایر و مقایسه نتایج ، توانستند صحت مدل را تأیید کنند. مدل محاسباتی همچنین امکان شناسایی پیکربندی های مختلفی را دارد که ممکن است حلقه های بیگون بتوانند از نظر تئوری استفاده کنند. محققان سپس این پیش بینی های ریاضی را از طریق مدل های فیزیکی آزمایش کردند تا ببینند کدام تعادل پایدار است و کدام یک نه. درایر گفت: “بسیاری از رفت و برگشتها از تیان انجام می شود که به عمق داده ها وارد می شود و می گوید:” اگر شما یک حلقه شش بیگن را با زاویه فلان درست کنید ، چه اتفاقی می افتد؟ “

این تیم سرانجام مدل عددی جدیدی را تولید کرد که رفتارهای چند پایداری را حفظ می کند و به گفته محققان می توان آن را در مطالعات دیگری که مکانیک شبکه های کششی عمومی درهم آمیخته را بررسی می کند ، به کار برد.

ایجاد اشکال از نوارهای انعطاف پذیر محققان با استفاده از نوارهای انعطاف پذیر ساختارهایی را ایجاد کردند. اعتبار: دانشگاه پرینستون

در کارهای آینده ، تیم قصد دارد تحقیقات گسترده تری در مورد اشکال مختلفی که ساختارهای مبتنی بر بیگون قادر به تشکیل آنها هستند و نحوه دستیابی به بهترین شکلهای خاص انجام دهد. سرانجام ، یافته های آنها می تواند منجر به طراحی جدیدی برای موادی شود که باید درست شوند تا فضای کمتری را اشغال کنند ، اما هنگام بسته بندی فرم بسیار بزرگتری به خود می گیرند. آدریانسنس گفت: “به عنوان مثال ، مواد و سازه هایی که به فضا می روند باید در یک بسته نرم جمع شوند ، در موشک گذاشته شوند و سپس باید به اندازه بزرگتر گسترش پیدا کنند.” “برخی از این ترکیبات پارامترها این کار را انجام می دهند.”

سایر کاربردهای بالقوه در دنیای واقعی شامل بازوهای رباتیک نرم ، اسباب بازی ها و فناوری پوشیدنی است. به عنوان مثال ، این دسته دوم می تواند شامل منسوجات ویژه ای باشد که برای حمایت از بازوی کسی در موقعیت خاصی سفت می شوند و در برخی دیگر شل می شوند. آدریانسنز گفت: “این می تواند چیزها را بپوشاند یا سفت شود و این می تواند عملکردهای زیادی داشته باشد.”

علاوه بر کاربردهای عملی کار ، این پروژه همچنین ارزش همکاری بین هنرمندان و مهندسان را نشان می دهد. درایر گفت در حالی که هنر تمایل به شهود و احساساتی دارد که خارج از حوزه تفکر علمی عمل می کنند ، “این می تواند منجر به کشف برخی پدیده های جالب شود.” “من واقعاً هیجان زده شدم که این دنیا های مختلف می توانند به طرزی کاملاً مرتبط با هم جمع شوند.”

لینک کوتاه : https://bittly.ir/FUy3 QR:  حلقه های Bigon: تکنیکی با الهام از ساخت توری می تواند روزی دست ساخت بشر را بهبود بخشد

پیام بگذارید