Но что, если материал мог бы содержать в его структуре, многократных функциях и легко и автономно переключиться между ними?Исследователи из Школы Джона А. Полсона Гарварда Технических и прикладных наук (МОРЯ) и Институт Wyss Биологически Вдохновленной Разработки развивали общие рамки, чтобы проектировать реконфигурируемые метаматериалы. Стратегия дизайна инвариантна к масштабу, означая, что она может быть применена ко всему от архитектуры масштаба метра до реконфигурируемых наноразмерных систем, таких как фотонные кристаллы, волноводы и метаматериалы, чтобы вести тепло.Исследование издано по своей природе.
«С точки зрения реконфигурируемых метаматериалов пространство дизайна невероятно большое и таким образом, проблема состоит в том, чтобы придумать умные стратегии исследовать его», сказала Катя Бертолди, Адъюнкт-профессор Джона Л. Леба Естественных наук в МОРЯХ и ведущем авторе бумаги. «Через сотрудничество с проектировщиками и математиками, мы нашли способ обобщить эти правила и быстро произвести много интересных проектов».Bertoldi и бывший аспирант Джоханнс Овервелд, который является первым автором статьи, сотрудничали с Чаком Хоберменом, Аспирантуры Гарварда Дизайна (GSD) и объединенного факультета в Виссе и Джеймсе Уивере, старшем научном сотруднике из Wyss, чтобы проектировать метаматериал.Исследование началось в 2014, когда Хобермен показал Бертольди свои первоначальные проекты для семьи складных структур, включая прототип вытесненного куба. «Мы были поражены тем, как легко это могло свернуть и изменить форму», сказал Бертольди. «Мы поняли, что эти простые конфигурации могли использоваться в качестве стандартных блоков, чтобы сформировать новый класс реконфигурируемых метаматериалов, но нам потребовалось долгое время, чтобы определить прочную стратегию дизайна достигнуть этого».
Междисциплинарная команда поняла, что собрания многогранников могут использоваться в качестве шаблона, чтобы проектировать вытесненные реконфигурируемые тонкостенные структуры, существенно упрощая процесс проектирования.«Объединяя дизайн и вычислительное моделирование, мы смогли определить широкий спектр различных перестановок и создать проект или ДНК для строительства этих материалов в будущем», сказал Овервелд, теперь научный лидер группы Мягкой Автоматизированной группы Вопроса в Институте FOM AMOLF в Нидерландах.Те же самые вычислительные модели могут также использоваться, чтобы определить количество всех различных путей, которыми мог согнуться материал и как это затронуло эффективные свойства материала как жесткость.
Таким образом, они могли быстро просмотреть близко к миллиону различных проектов и выбрать тех с предпочтительным ответом.Как только определенный дизайн был отобран, команда построила рабочие прототипы каждого 3D метаматериала и использование сокращенной лазером картонной и двухсторонней ленты и мультисущественная 3D печать. Как оригами, получающаяся структура может быть свернута вдоль их краев, чтобы изменить форму.
«Теперь, когда мы решили проблему формализации дизайна, мы можем начать думать о новых способах изготовить и повторно формировать эти метаматериалы в меньших масштабах, например посредством развития 3D напечатанных сам приводящий в действие экологически отзывчивые прототипы». сказала Уивер.Эта формализованная структура дизайна могла быть полезна для структурных и космических инженеров, материаловедов, физиков, автоматизированных инженеров, инженеров-биомедиков, проектировщиков и архитекторов.
«Эта структура похожа на набор инструментов, чтобы построить реконфигурируемые материалы», сказал Хобермен. «Эти стандартные блоки и пространство дизайна невероятно богаты, и мы только начали исследовать все вещи, которые Вы можете построить с ними».