Інноваційна техніка кірігамі дозволяє створювати надміцні та легкі конструкції

Унікальні характеристики коміркових матеріалів, таких як ті, що містяться в кістках, здавна зачаровували вчених завдяки їхній здатності зберігати міцність, залишаючись при цьому легкими. Спираючись на цей принцип, команда фахівців з Массачусетського технологічного інституту успішно застосувала подібний підхід до створення штучних матеріалів з вражаючими результатами.

Читайте на сайті Науковці спіймали світло всередині магніту, чим підсилили властивості матеріалу

Маніпулюючи геометрією комірок у структурі, інженерам вдалося тонко налаштувати її механічні, теплові та акустичні властивості. Цей прорив відкриває багатообіцяючі можливості застосування в таких галузях, як літакобудування та автомобілебудування, а також в космонавтиці.

Велика проблема

Традиційні сітчасті інженерні конструкції, які часто зустрічаються в композитних багатошарових матеріалах, відіграють ключову роль у розподілі навантажень. Наприклад, у крилах літаків використовуються перехресні діагональні балки, які утворюють комірки під зовнішньою оболонкою. Хоча така конструкція досягає бажаного балансу міцності та ваги, структури, що складаються з пластинчастих комірок, пропонують ще більшу міцність. Однак складна форма цих пластинчастих комірок створює труднощі у виробництві, особливо для великих об'єктів.

Надміцні структури натхненні древньою технікою

Інженери Массачусетського технологічного інституту геніально обійшли цю проблему, застосувавши кірігамі – традиційну японську техніку, яка передбачає створення тривимірних об'єктів за допомогою точного різання паперу. Щоб закріпити сотоподібні конструкції на верхньому і нижньому шарах сендвіч-панелі, інженери адаптували техніку складання паперу, розробивши простий метод кріплення пластин за допомогою болтів або заклепок.

Протягом усього процесу проєктування та виробництва інженерам вдалося контролювати ключові механічні властивості, такі як жорсткість, міцність і модуль пружності. Ці властивості, разом із тривимірною формою, закодовані в картці згинання країв, яка використовується при виготовленні подібних об'єктів.

Техніка кірігамі додає міцності комірчастим конструкціям / Фото Massachusetts Institute of Technology

Ефективність цього методу була доведена при створенні алюмінієвих конструкцій, які продемонстрували дивовижну міцність на стиск понад 62 кН на квадратний метр, і все це при вазі всього 90 кг. Така помітна міцність дозволила матеріалу витримати втричі більше навантаження, ніж звичайний гофрований алюміній.

Конструкція витримала значний тиск в понад 62 kH / Фото Massachusetts Institute of Technology

Дивіться також Китайські військові стверджують, що розробили унікальну лазерну зброю, яка не перегрівається

Чому це важливий прорив

Ця революційна технологія має далекосяжні наслідки. Вона відкриває шлях до виробництва широкого спектру матеріалів, включаючи сталь і композитні матеріали, які матимуть чималий попит в аерокосмічній і автомобільній галузях. У перспективі інженери мають на меті розробити доступні інструменти CAD-проектування, щоб спростити складний процес моделювання таких конструкцій.