為了滿足人們對移動性的需求，市面上存在許多臨時建筑的產(chǎn)品，包括露營帳篷、大賣場門口亂甩的充氣人偶等等。盡管這些產(chǎn)品都做到了可以快速搭建(充氣)以及快速拆除(放氣)，但由于充氣結(jié)構(gòu)都是單穩(wěn)態(tài)的，這意味著它們需要恒定的壓力輸入才能保持其充氣狀態(tài)。減輕壓力，結(jié)構(gòu)將恢復其唯一穩(wěn)定的形狀——在地上坍縮成一個平面。
如果，這些充氣結(jié)構(gòu)具備雙穩(wěn)態(tài)呢？這樣可以擺脫持續(xù)施壓的局限了！近日，現(xiàn)在，哈佛大學約翰·保爾森工程與應用科學學院(SEAS)的研究人員開發(fā)了受折紙啟發(fā)的雙穩(wěn)態(tài)充氣結(jié)構(gòu)。該項研究發(fā)表在《自然》期刊上。
當折紙遇上幾何學的時候，魔法發(fā)生了——研究小組開發(fā)了一個三角形積木庫，該積木可以彈出或折疊成扁平狀，并可以組合成不同的形狀以構(gòu)建閉合的多穩(wěn)態(tài)形狀。
“我們依靠的是這些構(gòu)件的幾何形狀，而不是材料特性，這意味著我們可以用幾乎所有材料(包括廉價的可回收材料)制造這些構(gòu)件，”該研究的第一作者，材料科學與機械工程學系的本杰明·戈里森(Benjamin Gorissen)說。
將設計過程帶入現(xiàn)實世界，研究人員用厚塑料片材設計并建造了只需要充氣就可以自己撐起來的帳篷，在撤掉充氣之后，它仍然穩(wěn)穩(wěn)地立在地上，并沒有塌回去。
這看上去似乎很簡單，不過是個相當“普通”的新發(fā)明。但是它的用途，可以說多到無法想象。該論文的第一作者之一大衛(wèi)·梅蘭松(David Melancon)說：“您可以想象這些避難所是作為災區(qū)應急響應的一部分而部署的。”“它們可以堆放在卡車上，并且只需要一個壓力源就可以給它們充氣。一旦它們膨脹后，就可以卸下壓力源并移到下一個帳篷上�！�
如此一來，無論是多么大型的臨時避難所都可以由一兩個人建立，而部署當今的軍事野戰(zhàn)醫(yī)院則需要十幾個人。
這些折紙結(jié)構(gòu)的組成部分可以混合并匹配，以創(chuàng)建任何形狀或大小的結(jié)構(gòu)。研究人員建造了一系列其他結(jié)構(gòu)，包括拱門，可伸縮的吊桿和寶塔式結(jié)構(gòu)。研究人員還設計了具有兩種以上穩(wěn)定形式的形狀�？赡艿膽脠鼍斑�包括體育館的臨時吸音設備、臨時防洪大壩等等等等。
“我們已經(jīng)打開了前所未有的大型充氣結(jié)構(gòu)的設計空間，該結(jié)構(gòu)可以折疊成扁平狀并保持其展開的形狀而不會發(fā)生災難性破裂的危險，”論文通訊作者，設計工程講師查克·霍伯曼(Chuck Hoberman)說，“通過使用可充氣的，可逆的致動來實現(xiàn)硬壁結(jié)構(gòu)外殼，我們看到了重要的應用，不僅在地球上，而且還可能作為月球或火星探索的棲息地�！�
責任編輯：王磊
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