Bij origami gaat het traditioneel om het maken van uiterst delicate structuren uit papier, maar de basisprincipes van deze kunstvorm kunnen binnenkort worden aangepast om te helpen bij het navigeren door moeilijke bouwsituaties. Dat is de theorie achter een nieuwe reeks opvouwbare componenten, ontworpen door een team van ingenieursprofessoren aan de Universiteit van Michigan. Wanneer de Explorer-stukken worden gedemonteerd en gemonteerd met behulp van scharnieren en sloten, vormen ze extreem sterke modulaire structuren. Gezien de indrukwekkende duurzaamheid en kosteneffectiviteit van hun ontwerp, zouden de nieuwe op origami geïnspireerde structuren kunnen worden gebruikt in natuurrampgebieden, of zelfs in de ruimte.
De medewerkers hebben hun werk gedetailleerd beschreven in een nieuwe studie die op 15 mei werd gepubliceerd Natuurcommunicatie. Hoewel de makers bij hun eerste tests frames van vezelplaat met gemiddelde dichtheid en aluminium scharnieren en vergrendelingsmechanismen gebruikten, geloven ze dat materialen als plastic, glas of metaal in toekomstige iteraties zouden kunnen werken.
In een laboratoriumvoorbeeld gebruikten de ingenieurs een vierkante meter van hun driehoekige panelen van vezelplaat en metalen scharnieren om een rooster te vormen. Ondanks een totaalgewicht van nauwelijks 16 pond konden de onderdelen worden samengevoegd tot een paal van 3,3 meter die ruim 2 ton gewicht kan dragen. In een ander scenario kunnen de origamistukken van de 4,5 meter brede kubus worden uitgevouwen en samengevoegd tot meerdere structuren, zoals een 2,5 meter hoge ‘bushalte’, een verticale bouwkolom van 4 meter hoog, of een even grote ‘bushalte’. voetgangersbrug.
Om hun verbeterde structurele ontwerp af te leiden, realiseerden ingenieurs zich dat uniformiteit belangrijker is dan selectieve versterkingen.
[Related: Microflier robots use the science of origami to fall like leaves.]
Terwijl andere ingenieurs in het verleden bepaalde delen van hun origami-bouwmaterialen strategisch probeerden te verdikken, creëerden de onderzoekers hun componenten met een gestandaardiseerde dikte om een gelijkmatiger verdeelde gewichtsbelasting mogelijk te maken. Het resultaat – het Modular and Uniformly Thick Origami-Inspired Structure System (MUTOIS) – lost niet alleen dit al lang bestaande probleem van spanningsverdeling op, maar maakt ook enorme aanpasbaarheid mogelijk, afhankelijk van gebruikersbehoeften, zoals grootte, doel en materialen.
Bepaalde onderdelen kunnen volledig massief zijn, of gedeeltelijke openingen bevatten binnen een zich herhalend driehoekig frame. De voetgangersbrug maakte bijvoorbeeld gebruik van massieve panelen voor de basis, samen met traliewerkpanelen aan beide zijden voor “efficiënt dragen van de last”, aldus het teamdocument. Met deze modules kunnen ook afzonderlijke onderdelen indien nodig worden vervangen en gerepareerd.
Het MUTOIS-systeem vertrouwt momenteel op eenvoudige connectoren in plaats van meer gespecialiseerde zelfsluitende ontwerpen. Als zodanig vereisen de structuren dat mensen de beoogde projecten met de hand bouwen, in tegenstelling tot robot- of fabrieksassemblage. Het team is echter van mening dat verder onderzoek de potentiële bruikbaarheid van het MUTOIS-systeem zou kunnen blijven uitbreiden om te helpen bij het bouwen van “lucht- en ruimtevaartsystemen, buitenaardse habitats, robotica, mechanische apparaten en meer.”