Teknik baru untuk mencetak, membungkus dan menggunakan struktur bina diri dapat satu hari menjadikan lebih mudah untuk ahli bedah menempatkan stent arteri, atau angkasawan untuk memasang habitat ruang baru yang ringan.
Kandungan Terkait
- Buckminster Fuller Adalah Baik pada Idea, Teruk pada Reka Bentuk Kereta
- New Zealand Mengirim Roket Bercetak 3D ke Ruang Angkasa
Reka bentuk membina konsep seni bina yang dipanggil "tensegrity, " suatu istilah yang dicipta oleh Buckminster Fuller pada tahun 1960-an (yang juga telah membuat paten bentuk tensegriti pertama pada tahun 1962). Tensegriti, atau "integriti tensional, " membentuk struktur dalam bentuk tegangan yang teguh dengan kabel ketegangan yang saling berkaitan. Jambatan Kurilpa di Brisbane, Australia, dan sebuah menara antena radio baru yang dibina di atas Santiago, bukit Metropolitan Park Chile adalah dua contoh tipikal struktur tensegriti.
Walaupun mereka sangat kuat, mereka berat, kerana ia dibina dengan tiang logam dan kabel. Jurutera Georgia Tech Glaucio Paulino dan Jerry Qi ingin memohon kelebihan tensional yang sama kepada objek yang boleh digunakan untuk lebih daripada sekadar jambatan dan antena, seperti habitat ruang atau stent jantung.
Paulino dan Qi menyusun satu kaedah untuk mencipta reka bentuk 3D yang boleh dicetak, ringan, dilipat daripada reka bentuk ini, dengan tiub yang diperbuat daripada bahan plastik seperti yang dipanggil polimer memori bentuk yang berkaitan dengan tendon elastik yang dicetak.
Dengan pemanasan tiub, bahan strut menjadi diprogramkan untuk "mengingati" konfigurasi terbuka. Ia kemudiannya boleh diratakan dan dilipat, dan apabila keseluruhan reka bentuk terdedah kepada panas, keseluruhan pakej perlahan-lahan terungkap ke dalam konfigurasi terbuka dan terbuka-tidak ada motor yang terlibat.
Paulino dan Qi juga mendapati bahawa dengan memprogramkan bahagian-bahagian yang berbeza reka bentuk mereka untuk dibentangkan pada suhu yang berbeza-beza, reka bentuk mereka boleh membongkar diri mereka secara berperingkat-peringkat untuk mengelakkan kabel-kabel terhalang.
Kerana keseluruhan reka bentuk boleh dikurangkan ke dalam pakej yang pada dasarnya dipasang sepenuhnya, ia mengambil ruang jauh lebih sedikit daripada reka bentuk tensegriti konvensional.
"Jika anda membandingkan reka bentuk ketegangan dengan struktur lain, mereka sangat ringan dan sangat kuat, " kata Paulino. "Keindahan sistem ini ialah terdapat tahap kebebasan tambahan yang membolehkan tensegriti berubah bentuk, mengubah bentuk, mempunyai perubahan bentuk yang dramatik, dan menyokong sebarang jenis pemuatan dalam sebarang arah."
Model-model makmal Paulino dan Qi adalah saiz mainan meja kanak-kanak, empat hingga lima inci di seberang, dan kelihatan seperti apa-apa seperti timbunan tongkat yang sangat teratur yang dipegang oleh garis memancing. Apabila terbentang sepenuhnya, struts keras dan tegar, manakala kabel elastik lebih lembut dan lebih fleksibel. Reka bentuk, apabila dipasang sepenuhnya, mempunyai beberapa memberi-jika anda memerah mereka, bentuk akan berubah bentuk. Tetapi mereka terperangkap semula apabila dibebaskan.
Pasukan ini menggunakan mandian air panas untuk menunjukkan bagaimana proses pembongkaran suhu tinggi berfungsi, tetapi alat seperti pistol panas atau pengering rambut akan melakukan silap mata. Ia hanya perlu konsisten-yang, pada peringkat perkembangan semasa, boleh menjadi masalah, kata Paulino. Mengendalikan getaran juga menjadi cabaran dalam reka bentuk tensegrity yang lain, juga.
Paulino dan Qi memilih untuk menggunakan reka bentuk mudah untuk memudahkan ujian makmal, tetapi Paulino mengatakan tidak ada batasan apa yang boleh dilakukan pada bahagian reka bentuk.
Idea mereka ialah struktur tensegram polimer boleh ditingkatkan dan dibuat lebih kompleks, seperti struktur ruang, atau ke bawah, dengan saiz sesuatu yang boleh muat dalam tubuh manusia. Bayangkan stent yang boleh dimasukkan ke dalam arteri, kata Paulino, yang mengepam diri sendiri. Atau jika struktur terikat ruang dibuat daripada polimer memori bentuk yang serupa, mereka juga akan kurang daripada struktur yang sama yang diperbuat daripada logam, membolehkan peluncuran bingkai pra-dipasang lebih murah yang boleh digunakan untuk makmal atau tempat tinggal dalam ruang.
Mereka masih hanya konsep pada ketika ini, walaupun dia menambah dia mempunyai minat dari rakan-rakan perubatan, dan NASA telah meneroka ketegangan sebagai pendekatan untuk misi ruang masa depan.
Robert Skelton, yang telah meneliti tensegriti untuk penggunaan lautan dan ruang angkasa selama beberapa dekad di Texas A & M University, mengatakan kerja Paulino dan Qi mempunyai kecekapan yang lebih tinggi daripada jenis rekaan tensegriti yang lain.
"Kelebihan yang bagus dari kerja-kerja Paulino dan Qi adalah jumlah tenaga yang diperlukan untuk mengeras [struts], " tulis Skelton melalui e-mel. Skelton menambah bahawa prinsip yang sama sedang dalam tindakan apabila anda menarik langkah pita logam: ia telah diperkecilkan sedikit melengkung apabila ia ditarik keluar, tetapi rata semasa digulung. Unsur-unsur struktur pra-stres telah menjadi pendekatan penting untuk pembinaan angkasa, seperti di Teleskop Angkasa Hubble, yang solarnya telah digunakan dengan jalur logam yang terdegak yang telah dibuka sepenuhnya.
"Kesan [struktur tensegriti memori bentuk] akan sama luasnya, dengan pelbagai aplikasi, di bumi dan di ruang angkasa, " tambah Skelton.
Jadi perkara seterusnya Paulino mengatakan dia dan Qi akan menangani mengambil konsep mereka untuk skala-naik dan turun. Dan kerana semua yang diperlukan adalah pencetak 3-D dan bahan yang tepat, dapat dilakukan dari mana saja setelah teknik disempurnakan.
"Ia mengambil sedikit masa untuk mencapai tahap ini, tetapi kami merasakan bahawa kami mempunyai titik permulaan yang baik untuk langkah seterusnya, " kata Paulino. "Kami sangat teruja dengannya. Sudah tentu kita tidak tahu apa yang perlu dilakukan, tetapi kita yakin bahawa kita mempunyai kemampuan untuk membuat kemajuan yang baik terhadap idea itu. "
