Nova tehnika tiskanja, zlaganja in nameščanja samogradljivih struktur bi lahko nekega dne kirurgom veliko lažje postavila arterijske stente, astronavtom pa namestili nove, lahke vesoljske habitate.
Sorodne vsebine
- Buckminster Fuller je bil dober v idejah, grozen pri oblikovanju avtomobilov
- Nova Zelandija je v vesolje poslala 3D-natisnjeno raketo
Načrti temeljijo na arhitekturnem konceptu, imenovanem "tensegrity", izraz, ki ga je skoval Buckminster Fuller v šestdesetih letih prejšnjega stoletja (ki je prve patengrite oblike patentiral leta 1962). Napetost ali "dimenzionalna celovitost" se strukture držijo v obliki prek trdih opornikov, pritrjenih na medsebojno povezanih mednapetostnih kablih. Most Kurilpa v Brisbaneu v Avstraliji in nov radijski antenski stolp, ki je zgrajen na mestu Santiago na čilskem griču Metropolitan Park, sta dva značilna primera napetostnih struktur.
Čeprav so zelo močni, so težki, saj so izdelani s kovinskimi oporniki in kabli. Inženirja Georgia Tech Glaucio Paulino in Jerry Qi sta želela uporabiti enake dimenzijske prednosti pri predmetih, ki jih je mogoče uporabiti za več kot le mostove in antene, kot so vesoljski habitati ali srčni stenti.
Paulino in Qi sta zasnovala metodo za ustvarjanje lahkih, zložljivih različic teh oblik, ki jih je mogoče natisniti 3D, s cevmi iz plastičnega materiala, imenovanega polimera v obliki spomina, povezanega s tiskanimi elastičnimi tetivami.
S segrevanjem cevi material opornice programira tako, da se "spomni" odprte konfiguracije. Nato ga je mogoče sploščiti in zložiti, in ko je celoten dizajn ponovno izpostavljen toploti, se celoten paket počasi razvije v končno, odprto konfiguracijo - brez motorjev.
Paulino in Qi sta tudi ugotovila, da se lahko s programiranjem različnih delov svojih modelov pri različnih temperaturah odvijejo v korakih, da se kabli ne zapletejo.
Ker je mogoče celoten dizajn razstaviti v paket, ki je v celoti sestavljen, zavzame veliko manj prostora kot običajni tensegrity modeli.
"Če primerjate tensegrity modele s katero koli drugo vrsto strukture, so izredno lahke in zelo močne, " pravi Paulino. "Lepota tega sistema je, da obstaja dodatna mera svobode, ki omogoča, da se napenjalnost deformira, spremeni obliko, dramatično spremeni obliko in podpira kakršno koli nalaganje v kateri koli smeri."
Paulino in Qi-jevi laboratorijski modeli so velikosti otroške namizne igrače, široke štiri do pet centimetrov ob strani, in niso videti nič drugega kot visoko organiziran sveženj palic, ki jih drži napeta ribiška linija. Ko so v celoti razviti, so opornice trde in toge, elastični kabli pa so mehkejši in prožnejši. Ko so modeli popolnoma sestavljeni, imajo nekaj prednosti - če jih stisnete, se bo oblika deformirala. Ko pa se sprostijo, se takoj vrnejo v obliko.
Ekipa je uporabila kopeli s toplo vodo, da bi dokazala, kako deluje postopek razpakiranja pri visoki temperaturi, toda celo orodje, kot je toplotna pištola ali sušilec za lase, bi naredilo trik. Samo mora biti dosleden - kar je na trenutni stopnji razvoja lahko problematično, pravi Paulino. Nadzor nad vibracijami je bil izziv tudi pri drugih vrstah napetostnih modelov.
Paulino in Qi sta se odločila za preproste zasnove za lažje testiranje v laboratorijih, vendar Paulino pravi, da ni omejitev, kaj bi lahko naredili na zasnovi.
Njihova ideja je, da je mogoče polimerne napetostne strukture zmanjšati in jih narediti veliko bolj zapletene, kot pri vesoljskih strukturah ali navzdol, na velikost nečesa, kar bi lahko ustrezalo človeškemu telesu. Predstavljajte si stent, ki bi ga lahko vstavili v arterijo, pravi Paulino, ki se enkrat sam odloži. Ali če bi bile prostorsko vezane strukture izdelane iz podobnih spominskih polimerov, bi prav tako tehtale veliko manj kot podobna konstrukcija iz kovine, kar omogoča cenejše lansiranje vnaprej sestavljenih okvirjev, ki bi jih lahko uporabili za laboratorij ali bivalne prostore v prostor.
To so na tem mestu še vedno le koncepti, čeprav je dodal, da ima zanimanje medicinskih kolegov in da je NASA že raziskovala napetost kot pristop k prihodnjim vesoljskim misijam.
Robert Skelton, ki na teksaški univerzi A&M že desetletja raziskuje napetost za oceanske in vesoljske aplikacije, pravi, da imata delo Paulino in Qi učinkovitost pred drugimi vrstami tensegrity-jev.
"Lepa prednost Paulinovega in Qijevega dela je majhna količina energije, ki je potrebna za zatiranje [opornic], " je Skelton zapisal po elektronski pošti. Skelton je dodal, da deluje podobno načelo, ko izvlečete kovinski trak: predhodno je poudarjeno, da je, ko ga izvlečete, rahlo ukrivljen, vendar ravno, ko je navit. Prednapeti strukturni elementi so bili pomemben pristop pri gradnji vesolja, na primer na vesoljskem teleskopu Hubble, katerega sončni nizi so bili nameščeni s takšnimi prednapetostnimi kovinskimi trakovi, ki so enkrat popolnoma odprti.
"Vpliv [struktur pomnilnika napetosti v obliki spomina] bo prav tako širok, z veliko različnimi aplikacijami, na zemlji in vesolju, " je dodal Skelton.
Naslednja stvar, ki jo Paulino pravi, da se bosta spopadla s Qi-jem, je pojem njihovega koncepta v višini - navzgor in navzdol. In ker je vse, kar je potrebno, 3-D tiskalnik in pravi material, ga je mogoče izvesti kjer koli, ko se tehnika izpopolni.
"Trajalo je nekaj časa, da dosežemo to raven, vendar menimo, da imamo dobro izhodišče za naslednje korake, " pravi Paulino. "Zelo smo navdušeni nad tem. Zagotovo ne vemo vsega, kar je še treba storiti, vendar imamo prepričanje, da lahko dobro napredujemo pri ideji. "
