Johannes Overvelde studoval doktorát z aplikované matematiky na Harvardské univerzitě, když potkal Chucka Hobermana, návrháře Hoberman Sphere, skládací duhové koule pro děti. Oba žili v Cambridge a měli podobné zájmy. Overvelde pracoval na vývoji transformovatelných materiálů, které by mohly změnit tuhost, a Hoberman, architekt, který také studuje kinetické struktury, přemýšlel o tom, jak různé materiály mohou převzít vlastnosti své sféry a změnit podobu artikulací v různých kloubech.
Materiál v akci. (Johannes Overvelde) Půjčování bitů od Hoberman Sphere a origami založeného konceptu snapologie, kde se vzájemně propojené pásy papíru přichycují k vytvoření rigidních struktur, Overvelde a jeho tým na Harvardu vytvořili to, čemu říkají metamateriál: rozšiřitelná struktura, kterou lze použít na jeho vlastní nebo jako stavební blok k vytvoření dalších struktur. Oslabené kostky, které mají tři stupně kloubového spojení, jsou vyrobeny z tenkých polymerních fólií, které se skládají naplocho, ale mohou se také otevírat různými způsoby, stejně jako Hobermanova koule. Připojením k pneumatické hadici může uživatel nafouknout krychli a vytvořit tak větší 3D strukturu. Overvelde říká, že tento materiál má četné aplikace, od stentů v nano měřítku, které lze vložit do tepen a poté rozšířit, ke stěnám, které by se po zahřátí otevřely a ventilovaly váš dům.
"Zatímco snapologie poskytuje geometrický výchozí bod pro náš výzkum, zaměřujeme se zde na rozložitelnost těchto struktur a na to, jak to může vést k novým návrhům transformovatelných metamateriálů, " píše Overvelde v novém příspěvku publikovaném v Nature Communications .
Vědci začali s papírovými modely a snažili se dokázat, že pomocí snapologie mohli postavit něco dostatečně pevného, aby je mohli použít v architektuře.
"Měli jsme papírový model, který byl slepen k sobě, ale tohle bylo hodně práce a papírový model se po týdnu zlomil, " říká Overvelde. "Tak jsme si mysleli, " můžeme to přivést více k inženýrské struktuře? " Použitím oboustranné pásky a laserem řezaných tenkých plastových fólií - jeden tlustší pro tváře a jeden tenčí pro panty - jsme vytvořili tyto jednotky, které by mohly být rozmístěny úplně ploché, ale měly konkrétní stupně volnosti, jaké jsme dosud neviděli. ““
Odtud tým experimentoval s různými způsoby, jak změnit tvar struktury. Rozhodli se, že pneumatická aktivace, která by byla přesná a snadno zapracovatelná protékáním vzduchových hadic kostkami, by jim umožnila používat strukturu co možná nejvíce. Tvar se mění v závislosti na tom, která část struktury je naplněna vzduchem. "Jakákoli struktura, kterou vytvoříme s tímto zařízením, bude konfigurovatelná, " říká.
Kostka může být stlačena tak, že leží naplocho. (Johannes Overvelde) Pro Overvelde je flexibilita nejdůležitější součástí konceptu. Rád uvažuje o kostkách jako o materiálu, namísto o struktuře sebe samých, protože si myslí, že mnoho hodnoty objevu pochází z mnoha různých způsobů, jak je lze postavit.
Počáteční testovací kostka skupiny byla 50 centimetrů čtverečních. Myšlenka je však škálovatelná - postavili skládací židli. Nyní vědci experimentují s tím, jak učiní nafukovací mechanismus citlivým na okolní podněty, jako je světlo nebo vlhkost. Ve velmi malém měřítku mohou kostky působit jako fotonické krystaly, které odrážejí zpět různé vlnové délky světla a různé barvy, když mění tvar.
"Pokud máte křídlo motýla, struktura mu dává barvu." Takže pokud byste měli zařízení, které chce změnit barvu, můžete to napodobit, “říká Overvelde. "Na druhou stranu si myslíte o architektonické aplikaci." Pokud jste ji přiměli reagovat na teplo, můžete vytvořit zeď této struktury, která se otevírá a dýchá. Mohli byste vytvořit strukturu, která reaguje na vodu, takže když prší, automaticky se zavře. “
Tato technologie by mohla mít mnoho aplikací. (Johannes Overvelde) Overvelde prokázal, že koncept funguje, a nyní chce vidět, jak může být aplikován. Kromě fotonických krystalů a pohyblivé architektury si myslí, že by mohl být použit pro všechno od lékařských přístrojů, které by mohly být zabaleny naplocho pro snadné vložení do těla, k robotům a použitelným kosmickým lodím.
"Jsem opravdu zvědavý, jak to ostatní vědci vyzvednou, " říká.
