Трое ученых-материаловедов из Университета Сорбонны разработали новый подход к созданию тонких панелей, которые можно трансформировать в изогнутые трехмерные объекты, не прибегая к складкам или резке. В своем исследовании, опубликованном в журнале Science , Тянь Гао, Хосе Бико и Бенуа Роман были вдохновлены трансформацией листьев и лепестков растений, чтобы создать аналогичный материал для использования в новых приложениях.
Предыдущие инженерные усилия показали, что можно производить трехмерные изделия, начав с плоского куска материала. Причиной этого обычно является облегчение транспортировки. Например, картонные коробки в сложенном виде занимают гораздо меньше места. Инженеры-робототехники обнаружили полезность таких материалов, а также ученые, планирующие отправить зонды в космос. Однако создание таких материалов сопряжено с преодолением серьезного препятствия.
Например, если вы посмотрите на плоскую карту Земли, континенты кажутся искаженными — это потому, что они были сплющены из сферы. Как отмечают исследователи, попытки выковать трехмерные изделия из плоского объекта обычно требуют сморщивания или резки. Они стремились решить эту проблему с помощью нового подхода, основанного на наблюдениях за тем, как работают бычьи клетки в растениях.
Например, листья растений кукурузы могут открываться и закрываться в зависимости от погодных условий — они делают это за счет надувания яйцевидных клеток под давлением жидкости. Чтобы воссоздать эту способность в искусственном материале, команда создала то, что они называют структурой, изменяющей форму, на основе ячеек Гаусса.
Чтобы создать свою модель, команда напечатала на 3D-принтере надувные трапециевидные каналы внутри плоской панели. Затем его зажали между двумя слоями воздухонепроницаемого материала. Когда воздух накачался в центральную часть сэндвича, плоские поверхности сверху и снизу сдвинулись и растянулись, приняв новые формы с уникальной гауссовой кривизной. Изменяя размер и форму трапеций, исследователи смогли изменить трехмерные формы, которые они могли формировать.
