1834
5
Наука не перестает нас удивлять. Одно из последних научных открытий прошедшего года - появление сетчатой решетки, форма которой трансформируется в соответствии с изменениями температуры окружающей среды. Ученых заинтересовали уникальные свойства и возможности нового изобретения.
Развитие технологий
Следующей важной вещью в 3D-печати могут быть так называемые материалы 4D, которые изготавливаются при помощи той же технологии, но с течением времени деформируются из-за изменений некоторых факторов окружающей среды, например, влажности и температуры.
Учеными из Массачусетского технологического института были созданы плоские структуры, форма которых может меняться, например, принять вид человеческого лица. Результаты этих исследований были опубликованы осенью прошлого года. Инженером MIT Вимом ван Рисом был разработан теоретический метод, благодаря которому тонкий плоский лист можно было трансформировать в более сложные формы, например, сферу, купол или лицо. Но в этом моделировании не были определены границы возможности расширения или сжатия, а большинство реальных материалов имеет определенные пределы изменений.
Теорема Гаусса в действии
Эту проблему «двойной кривизны» впервые еще в 1828 году описал математик Карл Фридрих Гаусс. Им была предложена так называемая Theorema Egregium, согласно которой кривизна поверхности может быть определена за счет измерения ее углов и расстояний. Другими словами, кривизна поверхности остается постоянной величиной даже при сгибании, например, если согнуть кусочек пиццы, он просто станет более жестким в направлении, перпендикулярном сгибу. Этот же принцип обеспечивает прочность гофрокартона. Также благодаря этой теореме было установлено, что наша Вселенная - плоская.
Но существует одно исключение: поверхность нельзя растянуть или сжать, поэтому плоский лист не деформируется при попытке создания сложных форм, имеющих другую гауссовую кривизну, например, если вы попытаетесь обернуть оберточной бумагой футбольный мяч. Для решения этой проблемы ван Рис и его коллеги воспользовались решетчатой структурой. Она была изготовлена из резинового материала, расширяющегося при повышении температуры. Благодаря зазорам материал гораздо проще адаптируется к изменениям площади его поверхности.
Команда ученых создала виртуальную карту необходимых изгибов для трансформации поверхности в лицо. После этого был разработан алгоритм для создания необходимой структуры ребер в решетке. У каждого из них была своя скорость роста и степень изгиба, что позволяло отображать все элементы лица. После того как решетку напечатали, ее для придания прочности прогрели в горячей печи, а затем охладили в морской воде. И это превратилось в человеческое лицо. Также командой была создана решетка с проводящим жидким металлом, который стал активной антенной с резонансной частотой, меняющейся в процессе деформации.
Такие материалы могут использоваться для создания линз телескопов, в качестве основы искусственных тканей и в робототехнике.
А ЧТО ВЫ ДУМАЕТЕ ОБ ЭТОМ?