Johannes Overvelde studiował doktorat z matematyki stosowanej na Uniwersytecie Harvarda, kiedy poznał Chucka Hobermana, projektanta Hoberman Sphere, składanej tęczowej piłki dla dzieci. Oboje mieszkali w Cambridge i mieli podobne zainteresowania. Overvelde pracował nad opracowaniem transformowalnych materiałów, które mogłyby zmienić sztywność, a Hoberman, architekt, który również bada struktury kinetyczne, zastanawiał się, w jaki sposób różne materiały mogą przyjmować właściwości jego kuli, zmieniając formę poprzez połączenie różnych połączeń.
Materiał w akcji. (Johannes Overvelde) Pożyczając bity z Sfery Hobermana i opartą na origami koncepcję snapologii, w której zazębiające się paski papieru łączą się ze sobą, tworząc sztywne struktury, Overvelde i jego zespół z Harvardu stworzyli coś, co nazywają metamateriałem: rozszerzalną strukturę, którą można wykorzystać na jego własny lub jako element konstrukcyjny do tworzenia innych struktur. Atenuowane kostki, które mają trzy stopnie przegubu, są wykonane z cienkich arkuszy polimerowych, które składają się płasko, ale mogą również wyskakiwać na różne sposoby, podobnie jak sfera Hobermana. Podłączając go do węża pneumatycznego, użytkownik może napompować kostkę, aby stworzyć większą strukturę 3D. Overvelde twierdzi, że materiał ma wiele zastosowań, od stentów w nanoskali, które można wkładać do tętnic, a następnie rozszerzać, aż do ścian, które rozkładałyby się i wentylowały Twój dom, gdy robi się gorąco.
„Podczas gdy snapologia stanowi geometryczny punkt wyjścia dla naszych badań, skupiamy się tutaj na zwijalności tych struktur i tym, jak może to prowadzić do nowych projektów transformowalnych metamateriałów”, pisze Overvelde w nowym artykule opublikowanym w Nature Communications .
Naukowcy rozpoczęli od modeli papierowych, próbując udowodnić, że dzięki snapologii mogliby zbudować coś na tyle solidnego, aby można je było wykorzystać w architekturze.
„Mieliśmy sklejony model papierowy, ale było to dużo pracy, a model papierowy zepsuł się po tygodniu”, mówi Overvelde. „Pomyśleliśmy więc:„ czy możemy wnieść to bardziej do konstrukcji inżynierskiej? ” Dzięki dwustronnej taśmie i ciętym laserowo cienkim arkuszom z tworzywa sztucznego - jeden grubszy dla twarzy i jeden cieńszy dla zawiasów - stworzyliśmy te jednostki, które można było rozmieścić całkowicie płasko, ale miały określony stopień swobody, którego wcześniej nie widzieliśmy.
Stamtąd zespół eksperymentował z różnymi sposobami zmiany kształtu konstrukcji. Zdecydowali, że aktywacja pneumatyczna, która była precyzyjna i łatwa do włączenia poprzez przepuszczanie węży powietrznych przez kostki, pozwoli im na użycie konstrukcji w jak najszerszy możliwy sposób. Kształt zmienia się w zależności od tego, która część konstrukcji jest wypełniona powietrzem. „Każda struktura, którą wykonamy za pomocą tego urządzenia, będzie można ponownie skonfigurować” - mówi.
Sześcian można ściśnąć, tak aby leżał płasko. (Johannes Overvelde) Dla Overvelde elastyczność jest najważniejszą częścią koncepcji. Lubi myśleć o sześcianach jako o materiale, a nie o strukturze dla siebie, ponieważ uważa, że duża wartość odkrycia wynika z wielu różnych sposobów ich budowy.
Początkowy testowy sześcian grupy miał 50 centymetrów kwadratowych. Ale pomysł jest skalowalny - zbudowali składane krzesło. Teraz naukowcy eksperymentują z uwrażliwieniem mechanizmu inflacji na sygnały otoczenia, takie jak światło lub wilgoć. Na bardzo małą skalę, kostki mogą zachowywać się jak kryształy fotoniczne, odbijając z powrotem różne długości fali światła i różne kolory, gdy zmieniają kształt.
„Jeśli masz skrzydło motyla, struktura nadaje mu kolor. Więc jeśli masz urządzenie, które chce zmienić kolor, możesz to naśladować ”- mówi Overvelde. „Z drugiej strony myślisz o zastosowaniu architektonicznym. Jeśli sprawisz, że będzie reagować na ciepło, możesz zrobić ścianę tej struktury, która się otworzy i oddycha. Możesz stworzyć strukturę, która reaguje na wodę, więc gdy pada automatycznie, automatycznie się zamyka. ”
Technologia może mieć wiele zastosowań. (Johannes Overvelde) Overvelde udowodnił, że koncepcja działa, a teraz chce zobaczyć, jak można ją zastosować. Uważa, że oprócz kryształów fotonicznych i ruchomej architektury może być stosowany do wszystkiego, od urządzeń medycznych, które można spakować na płasko, aby można je było łatwo włożyć do ciała, a także robotów i statków kosmicznych.
„Jestem naprawdę ciekawy, jak inni naukowcy to zauważą” - mówi.
