Yi Zhu, עמית מחקר בהנדסת מכונות, מחזיק בעיצוב אוריגמי שמסוגל להתקפל למשהו שיכול להיכנס לכיס ומסוגל להתרחב החוצה למשהו הרבה יותר ארוך. קרדיט: ברנדה אהרן/אוניברסיטת מישיגן, המכללה להנדסה, תקשורת ושיווק
אוריגמי מתקפל עם לוחות עבים פותח עולם של אפשרויות.
בפעם הראשונה, מהנדסים מאוניברסיטת מישיגן הראו שניתן לבנות מבנים נושאי עומס, כגון גשרים ומקלטים, באמצעות מודולי אוריגמי. רכיבים רב-תכליתיים אלה מסוגלים להתקפל בצורה קומפקטית ולהפוך לצורות שונות.
זוהי התקדמות שיכולה לאפשר לקהילות לבנות מחדש במהירות מתקנים ומערכות שניזוקו או נהרסו במהלך אסונות טבע, או לאפשר בנייה במקומות שנחשבו בעבר בלתי מעשיים, כולל החלל החיצון. הטכנולוגיה יכולה לשמש גם למבנים שצריך לבנות ולאחר מכן לפרק במהירות, כמו אולמות קונצרטים ובמות אירועים.
התקדמות בבניית אוריגמי
"גם עם יכולת ההסתגלות וגם עם יכולת נשיאת העומס, המערכת שלנו יכולה לבנות מבנים שניתן להשתמש בהם בבנייה מודרנית", אמר Evgueni Filipov, פרופסור חבר להנדסה אזרחית וסביבתית ולהנדסת מכונות, ומחבר מקביל של המחקר ב- תקשורת טבע.
עקרונות צורת אמנות האוריגמי מאפשרים קיפול וקריסת חומרים גדולים יותר לחללים קטנים. ועם מערכות בנייה מודולריות שצוברו לקבלה רחבה יותר, גדלו היישומים לרכיבים שניתן לאחסן ולהוביל בקלות.
משמאל, יי ז'ו, עמית מחקר בהנדסת מכונות, ו-Evgueni Filipov, פרופסור חבר להנדסה אזרחית וסביבתית והנדסת מכונות, עובדים במעבדתו בבניין המעבדות של ג'ורג' ג' בראון. פיליפוב וג'ו מיישמים עקרונות של אוריגמי ליצירת אוריגמי מודולרי ועבה אחיד (MUTO) עבור מבנים בקנה מידה גדול, נושאי עומס וניתנים להתאמה. אלה יכולים לשמש ליצירת מבנים זמניים כגון במות או אולמות קונצרטים וכן לבניית מבנים כגון מבנים או גשרים שישמשו בתגובה לאסונות טבע. קרדיט: ברנדה אהרן/אוניברסיטת מישיגן, המכללה להנדסה, תקשורת ושיווק
חוקרים נאבקו במשך שנים כדי ליצור מערכות אוריגמי עם יכולות המשקל הדרושות תוך שמירה על היכולת לפרוס ולהגדיר מחדש במהירות. מהנדסי UM יצרו מערכת אוריגמי שפותרת את הבעיה הזו. דוגמאות למה שהמערכת יכולה ליצור כוללות:
- עמוד בגובה 3.3 רגל שיכול לשאת משקל של 2.1 טון בעודו שוקל קצת יותר מ-16 פאונד, ועם טביעת רגל של פחות מ-1 רגל מרובע.
- חבילה שיכולה להתפתח מקובייה ברוחב 1.6 רגל לפריסה לתוך מבנים שונים, כולל: גשר הליכה באורך 13 מטר, תחנת אוטובוס בגובה 6.5 מטר ועמוד בגובה 13 מטר.
גישה חדשה לעיצוב אוריגמי
מפתח לפריצת הדרך הגיע בצורה של גישת עיצוב שונה שסיפקה Yi Zhu, עמית מחקר בהנדסת מכונות והמחבר הראשון של המחקר.
"כשאנשים עובדים עם מושגי אוריגמי, הם בדרך כלל מתחילים עם הרעיון של דגמים דקים ומקופלי נייר – בהנחה שהחומרים שלך יהיו דקים מנייר", אמר ג'ו. "עם זאת, על מנת לבנות מבנים נפוצים כמו גשרים ותחנות אוטובוס באמצעות אוריגמי, אנו זקוקים לכלים מתמטיים שיכולים לשקול ישירות את העובי במהלך תכנון האוריגמי הראשוני."
Evgueni Filipov, פרופסור חבר להנדסה אזרחית וסביבתית והנדסת מכונות, מדגים קפלים ומבנים שונים עם דגם קטן במעבדתו. קרדיט: ברנדה אהרן/אוניברסיטת מישיגן, המכללה להנדסה, תקשורת ושיווק
כדי לחזק את יכולת נשיאת המשקל, חוקרים רבים ניסו לעבות את העיצובים דק הנייר שלהם בנקודות שונות. הצוות של U-M, לעומת זאת, גילה שאחידות היא המפתח.
"מה שקורה זה שאתה מוסיף כאן רמת עובי אחת, ורמת עובי שונה שם, וזה הופך לא תואם", אמר פיליפוב. "אז כשהעומס נישא דרך הרכיבים האלה, הוא מתחיל לגרום לכיפוף.
"האחידות של העובי של הרכיב היא מה שמפתח ומה שחסר ממערכות אוריגמי נוכחיות רבות. כשיש לך את זה, יחד עם אמצעי נעילה מתאימים, ניתן להעביר את המשקל המוטל על המבנה באופן שווה לכל אורכו."
בנוסף לנשיאת עומס גדול, מערכת זו – הידועה בשם מערכת המבנה המודולרי והאחיד בהשראת אוריגמי – יכולה להתאים את צורותיה להפוך לגשרים, קירות, רצפות, עמודים ומבנים רבים אחרים.
המחקר של U-M נעזר בשימוש בסימולטור Multi-Physics Origami Working Sequentially (ביצות). זהו סימולטור שמנבא במדויק את ההתנהגויות או מערכות אוריגמי בקנה מידה גדול. שפותחה ב-UM, המערכת זמינה לציבור מאז 2020.
המחקר מומן על ידי הקרן הלאומית למדע בארה"ב ומרכז מחקר הרכב.
