Wenn wir an Luftballons denken, denken wir an rote, die in den blauen Himmel ragen, oder an Clowns, die lange Luftballons zu Tieren für Kinder falten. Aber diese können durch eine neue Formänderung ergänzt werden. Ballon Gerät, das laut einer neuen Studie von der japanischen Papierschneidekunst des Kirigamis inspiriert wurde kürzlich veröffentlicht im Tagebuch Fortgeschrittene Materialien .
Dies ist wichtig, da formverändernde Luftballons über Partytricks hinausgehen - und möglicherweise Fortschritte bei medizinischen Werkzeugen bringen. weiche Robotik und andere Felder.
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Kirigami-Kunst inspiriert wissenschaftlichen Fortschritt
In den letzten Jahren haben sich Wissenschaftler zunehmend von Kirigami inspirieren lassen - ähnlich wie Origami. In letzterem schneiden und falten Menschen Papier - ein Prozess, den Wissenschaftler untersucht haben, um neue Anwendungen in verschiedenen Bereichen zu entwickeln, wie z. B. Maschinen für weiche Robotik und rutschfeste Schuhe .
Ein Forscherteam aus die Harvard John A. Paulson School für Ingenieurwissenschaften und angewandte Wissenschaften SEAS entwarf die Ballon Gerät, das sich in vorprogrammierte Formen verwandelt.
Sie basierten ihr System auf Kirigami-Platten, die in das aufblasbare Gerät eingebettet sind, und wenn es sich ausdehnt, leiten die Schnitte innerhalb des Kirigamis sein Wachstum, erweitern einige Bereiche und verengen andere.
Harvards 'inverse' Designstrategie
Um Gestaltwandlungsballons benutzerfreundlicher zu gestalten, entwickelte das Harvard SEAS-Team eine umgekehrte Entwurfsstrategie: Es entwickelte einen neuen Algorithmus, der das optimale Design für das aufblasbare Kirigami-Gerät festlegt, damit es nach dem Aufblasen leicht die gewünschte Form annimmt.
"Diese Arbeit bietet eine neue Plattform für Formwandlungsgeräte, die das Design innovativer medizinischer Werkzeuge, Aktuatoren und rekonfigurierbarer Strukturen unterstützen könnten", sagte Katia Bertoldi, Professorin für Angewandte Mechanik bei SEAS bei William und Ami Kuan und leitende Autorin vondie Studie in einem Harvard Pressemitteilung .
Globale Anwendungen für präzises Ballon-Morphing
Die Forscher können Formen global formen für großformatige Formen oder lokal für kleine Merkmale; sie konnten herstellen Kirigami Luftballons in Form von Kalebassenkürbissen, Haken und Vasen, die zeigen, dass der Ansatz eine Vielzahl von Formen imitieren kann.
"Durch die Steuerung der Expansion auf jeder Ebene des Kirigami-Ballons können wir eine Vielzahl von Zielformen reproduzieren", sagte Lishuai Jin, Co-Erstautor des Papiers und Doktorand bei SEAS.
In naher Zukunft wollen die Forscher ihre Kirigami-Ballons verwenden. as Form Wechsel von Aktuatoren für weiche Roboter. Während sich die Entwicklung des selbstformenden Ballons fortsetzt, könnten die Geräte der Forscher eine breite Palette von Anwendungen haben - von der Erforschung des Weltraums weiche Roboter zu minimal-invasiv chirurgische Geräte .