強化扁平包裝管借鑒了摺紙和竹桿結構的超高強度
不,這些紅色的東西不是品客洋芋片–它們是受生物啟發的圓盤,能增強扁平包裝管的強度。折疊成扁平狀以便儲存的管狀結構可能不會佔用太多空間,但在展開時也往往不是很結實。 而一種實驗性的新管狀結構卻不存在這個問題,它的靈感來自摺紙和竹子。
首先,扁平包裝管早已經存在。它們被用於彈出式緊急避難所、醫療植入物,甚至從外太空太陽能電池陣列上展開的吊桿。 在所有情況下,它們都能保持低矮、節省空間的外形,直到部署到需要的地方。
可惜的是,由於這種管材通常有兩條橫向的折線,因此強度不如傳統的非扁平包裝管材。 這意味著,如果將它們用於承重結構等,它們更容易在壓力下彎曲。
這就是新型”弧形皺褶摺紙”管設計的用武之地。
首席科學家Mike Xie 教授(左)與Jeff Lee 博士(右) 威爾-賴特,皇家墨爾本理工大學
該技術由澳洲皇家墨爾本理工大學(RMIT University)的一個研究小組開發,仍然使用可折疊成扁平狀的聚合物管,但這些管子並不是完全空的。 相反,每根管子內部都有一排雷射切割的聚乙烯圓盤。 這些圓盤的內部結構使它們具有雙穩態性,也就是說,它們可以處於兩種狀態中的任何一種。
當管子被壓平時,其內部的圓盤也同樣處於扁平狀態。 然而,在管子折線的兩側施加壓力,會使圓盤彈出,變成彎曲狀態,從而將管子內壁壓出。
現在,它們不僅能將管子完全撐圓並撐開,還能鎖住管子,使其保持原樣,竹桿也有著類似的內部結構。
在一次技術演示中,科學家們搭建了一個800 x 520 毫米(31.5 x 20.5 英吋)的平台,由四根並排排列的管子和一塊薄板組成。 儘管平台僅重1.3 公斤(2.9 磅),但其強度足以支撐一個體重75 公斤(165 磅)的人,即使像橋樑一樣懸掛起來也不會變形。
Jeff(Ting-Uei)Lee博士與其中一根扁平的管子威爾-賴特,皇家墨爾本理工大學
「我們的研究不僅為創新和多功能結構設計開闢了新的可能性,而且還能顯著改善現有的可部署系統,”與Jeff(Ting-Uei)Lee 博士共同領導這項研究的Mike(Yi Min)Xie 教授說。
科學家現在計劃對不同的管子形狀和材料以及不同的力應用(如彎曲或扭轉動作)進行實驗。
有關這項研究的論文最近發表在《PNAS》雜誌上。