november 28, 2021

Nettnord.no

Næringsnett Nord-Troms

Pixar-basert oppfinnelse revolusjonerer vitenskapen: "uendelig form"

Pixar-basert oppfinnelse revolusjonerer vitenskapen: “uendelig form”

Forskere ved Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) utviklet et formskiftende materiale som kan ta og holde enhver form som er mulig. Oppfinnelsen kan være et grunnleggende fremskritt innen vitenskapen for å fremme områder som robotikk eller romfart.

Dette gjennombruddet baner vei for en ny type multifunksjonelt materiale som Den kan brukes i en rekke applikasjoner, fra robotikk og bioteknologi til arkitektur. Forskningen er publisert i Proceedings of the National Academy of Sciences.

“Dagens formskiftende materialer og strukturer kan bare gå mellom noen få stabile konfigurasjoner, men vi har vist hvordan man lager strukturelle materialer som har et vilkårlig utvalg av formskiftende evner.” L Mahadevan, professor i anvendt matematikk, organisk og evolusjonsbiologi og fysikk og hovedforfatter av papiret sa i en uttalelse. “Disse strukturene tillater uavhengig kontroll av geometri og mekanikk, og legger grunnlaget for å designe funksjonelle former ved å bruke en ny type transformerbar enhetscelle.”

En av de største utfordringene med å designe materialer som endrer form er å balansere de tilsynelatende motstridende behovene for formbarhet og stivhet. Tilpasningsevnen tillater transformasjon til nye former, men hvis du er for medgjørlig, kan du ikke holde formene stabile. Stivhet hjelper til med å låse materialet på plass, men hvis det er for stivt, kan det ikke ta nye former.

Laget startet med en nøytralt stabil enhetscelle med to stive elementer, en stag og en spak, og to strekkbare elastiske fjærer.. Hvis du noen gang har sett begynnelsen av en Pixar-film, har du sett nøytralt stabile opptak. Pixar-lampehodet er stabilt i alle posisjoner fordi tyngdekraften alltid motvirkes av fjærer som strekker seg og komprimeres på en koordinert måte, uavhengig av lampekonfigurasjonen. Generelt, nøytralt stabile systemer, en kombinasjon av stive og elastiske elementer balanserer energien til cellene, noe som gjør hver av dem nøytralt stabil, noe som betyr at de kan gå mellom et uendelig antall posisjoner eller orienteringer og være stabile i hvilken som helst av dem. .

READ  Slik går tardigrader, og vi var ikke klare for bilder

“Ved å ha en nøytralt stabil enhetscelle kan vi skille materialets geometri fra dets mekaniske respons både individuelt og kollektivt”, dijo Gaurav Chaudhary, postdoktor ved SEAS og medforfatter av artikkelen. “Geometrien til enhetscellen kan varieres ved å endre både dens totale størrelse og lengden på den enkelt bevegelige stiveren, mens dens elastiske respons kan endres ved å variere stivheten til fjærene i strukturen eller lengden på stiverne og leddene .”

Forskerne kalte settet som “totimorfe materialer” på grunn av dens evne til å forvandle seg til en hvilken som helst stabil form. Forskerne koblet individuelle enhetsceller med naturlig stabile ledd, og bygget 2-D og 3-D strukturer fra individuelle totimorfe celler. Forskerne brukte matematiske modeller og bevis fra den virkelige verden for å vise materialets formskiftende evne.

Teamet viste at et enkelt ark med totimorfe celler kan krølle seg, vri seg til en helix, forvandles til formen av to forskjellige ansikter og til og med støtte vekt.. “Vi viser at vi kan sette sammen disse elementene til strukturer som kan ta hvilken som helst form med heterogene mekaniske responser”, sa S. Ganga Prasath, en postdoktor ved SEAS og medforfatter av artikkelen. “Siden disse materialene er basert på geometri, kan de skaleres ned for å brukes som sensorer innen robotikk eller bioteknologi, eller de kan skaleres opp for bruk i arkitektonisk skala.

“Sammen baner disse totimorfene vei for en ny klasse materialer hvis respons på deformasjon kan kontrolleres i flere skalaer.” sa Mahadevan.