В последние годы наиболее важная задача для физиков и материаловедов создание новых управляемых материалов, демонстрирующих желаемые физические свойства. Теперь ученые из университета Массачусетса Амхерст, университетов Корнелла и Западной Новой Англии используют методы складывания на основе оригами для изменения фундаментальных физических свойств любых тонких листов.

 

Существует особый тип складывания оригами под названием Миура-ори с необычными свойствами. Этот способ складывания назван в честь астрофизика, который изобрел эту технику, представляет собой ряд сложенных параллелограммов, которые изменяют жесткость листа бумаги только на основании определенного рисунка складок.

Также известное как мозаика, это специальное складывание, которое встречается в природе в некоторых листьях и тканях, образует плоскую поверхность, используя повторяющиеся чередующиесягора-долина” зигзагообразные складки. Сложенные таким образом объекты складываются при сжатии как гармошка, так что они могут быть упакованы в очень малый объем, но потом развертываться с небольшим усилием от углов. Эта техника была использована в космосе для запуска спутников с солнечными батареями, которые могут быть развернуты с помощью всего лишь нескольких небольших двигателей по краям.

Ученые объясняют, - "Когда вы сжимаете большинство материалов по одной оси, они расширяются в других направлениях. Однако небольшой класс материалов делает противоположное - если вы сжимаете их в одном направлении, они разрушаются равномерно во всех направлениях. Этот способ складывания оригами показывает нам, как использовать это свойство для создания новых устройств. Необычные материалы могут быть выполнены из традиционных, надо просто изменить их микроструктуру."

Работа объединяет оригами, метаматериалы, кристаллографию и другие области. Активные материалы могут менять свою форму, размер и/или физические свойства при изменении температуры, давления, электро-магнитных полей или других влияний. С такими материалами исследователи смогут создавать целые структуры и системы из отдельных кусков, которые являются гибкими, упругими и эластичными.

В частности, это дает возможность сделать перепрограммируемый материал. Путем переключения элементов структуры оригами между двумя устойчивыми состояниями можно сделать структуру более жесткой, избирательно ослабить определенные части, и так далее. Причем это можно сделать обратимо. Такая структура материалов может использоваться для милли-, микро- и нанометрового размера систем. Миура-ори можно считать механическим метаматериалом, потому что его жесткостью можно управлять с помощью конкретных углов сгиба параллелограммов.

Физики отмечают, что редко можно найти метаматериалы, свойства которых можно изменять за счет их оригинального дизайна, но механические оригами-метаматериалы обладают повышенной гибкостью именно из-за связи их свойств со “складной” структурой.

Источник: www.umass.edu

Энергетика и промышленность России - информационный портал           Научный журнал “Видеонаука          Наука и технологии России − STRF.ru

Другие партнёры сайта