لوله‌های مهندسی شده بر اساس اوریگامی: وزن 2 پوند و تحمل 165 پوند، تاشو برای استفاده آسان
سیستم ساختاری لوله‌ای جدیدی که توسط مهندسان دانشگاه RMIT طراحی شده ممکن است دنیای ساخت و ساز و مهندسی را متحول کند.
این طراحی جدید می‌تواند در حالت تاشده مسطح باشد و به راحتی حمل شود و پس از باز شدن، به یک ساختار قفل‌کننده قوی تبدیل می‌شود.
این ابتکار بر اساس هنر اوریگامی با خطوط خمیده است که در آن اشکال فشرده به ساختارهای بزرگتر از طریق تبدیل‌های هندسی جمع می‌شوند.
این سیستم جدید به طور عملی در طیف گسترده‌ای از ساخت و ساز شهری تا هوا و فضا قابل استفاده است و نشانه‌های مثبتی برای هر دو نوع پروژه‌های ساخت و ساز بزرگ و خاص دارد.
یکی از مزایای این طراحی این است که لوله‌ها قفل می‌شوند و بدون نیاز به تجهیزات دیگر یا مداخله انسانی استحکام می‌بخشند.
نوآوری الهام گرفته از اوریگامی
سیستم لوله‌ای که به سرپرستی دکتر جف (تینگ-اوئی) لی و پروفسور برجسته مایک (یی مین) شی طراحی شده، از بامبو الهام گرفته است، ماده‌ای طبیعی که دارای ساختارهای داخلی است که تقویت عالی ارائه می‌دهد. تیم مهندسی این ویژگی را از طریق طراحی هندسی هوشمندانه بازسازی کرده‌اند.
دکتر لی از دانشکده مهندسی RMIT گفت: «این سیستم قفل‌کننده نتیجه طراحی هندسی هوشمند است».
کلید این سیستم در اوریگامی با خطوط خمیده است. برخلاف تاشوهای کاغذی سنتی که از خطوط مستقیم استفاده می‌کنند، این تکنیک از خطوط خمیده برای ایجاد استحکام و ثبات استفاده می‌کند.
این روش امکان قفل شدن لوله‌ها و پشتیبانی از وزن قابل توجهی را فراهم می‌کند. به عنوان مثال، یک پانل ساخته شده از چندین لوله با وزن فقط 1.3 کیلوگرم (2.8 پوند) می‌تواند وزن یک فرد 75 کیلوگرمی (165 پوند) را تحمل کند.
طراحی مسطح بسته‌ها در بسیاری از زمینه‌ها، از جمله دستگاه‌های پزشکی، رباتیک، هوا و فضا، و تلاش‌های بازیابی از بلایا قبلاً رایج است. با این حال، سیستم جدیدی که توسط مهندسان RMIT توسعه داده شده، مونتاژ این لوله‌ها را سریعتر و کارآمدتر می‌کند و در عین حال استحکام آنها را افزایش می‌دهد.
دکتر لی افزود: «اختراع ما مناسب برای استفاده در مقیاس بزرگ است» و توضیح می‌دهد که طراحی لوله‌ای قابلیت استفاده گسترده‌ای دارد.
کاربردها در فضا و بیشتر
تیم تحقیقاتی همچنین پتانسیل استفاده از لوله‌های تاشو در ماموریت‌های فضایی را می‌بیند. دکتر لی تاکید کرد که ناسا قبلاً از لوله‌های مسطح بسته، مانند آن‌هایی که در آرایه‌های خورشیدی استفاده می‌شود که در فضا باز می‌شوند، استفاده می‌کند. با این حال، لوله‌های فعلی توخالی هستند و ممکن است تحت نیروهای خاص تغییر شکل دهند.
لی گفت: «با طراحی جدید ما، این لرزش‌ها می‌تواند یک ساختار قوی‌تر باشد».
این تنها یک نمونه است که چگونه نوآوری تیم RMIT می‌تواند سیستم‌های قابل استقرار فعلی را که بر مواد سبک وزن و قابل حمل آسان تکیه دارند، بهبود بخشد. تیم باور دارد که تحقیقات آنها امکانات جدیدی برای طراحی‌های چندکاره باز می‌کند.
لی خاطر نشان کرد: «هنگامی که ناسا آرایه‌های خورشیدی را مستقر می‌کند، به عنوان مثال، لرزش‌های مورد استفاده لوله‌هایی هستند که قبل از باز شدن در فضا بسته شده بودند». «لوله‌های جدید ما که از اصول اوریگامی الهام گرفته‌اند، می‌توانند مقاومت ساختاری افزایش یافته تحت شرایط مختلف را ارائه دهند».
دکتر شی بر قابل تطبیق بودن سیستم جدید تاکید کرد و گفت که الگوریتم هوشمند آنها امکان کنترل نحوه رفتار لوله‌ها تحت نیروهای مختلف را فراهم می‌کند. با تغییر جهت لوله‌ها، مهندسان می‌توانند استحکام و انعطاف‌پذیری ساختار را سفارشی کنند.
شی گفت: «با نوآوری الهام گرفته از اوریگامی ما، لوله‌های تاشو نه تنها آسان برای حمل می‌شوند، بلکه قوی‌اند که در برابر نیروهای خارجی مقاومت کنند هنگام استفاده». «لوله‌ها نیز خود قفل‌کننده هستند، به این معنی که شکل قوی آنها بدون نیاز به مکانیزم‌های اضافی یا مداخله انسانی قفل می‌شود».
جهت‌های آینده و پیشرفت‌ها
این تحقیق نتیجه همکاری بین دانشکده مهندسی دانشگاه RMIT و دانشگاه کوئینزلند است. تیمی که شامل دکتران هانجیا لو، جیامینگ ما، نگوک سن ها و استاد همکار جوزف گتاس است قصد دارد طراحی را به مرحله بعدی بردارد.
یکی از گام‌های بعدی در تحقیق، گسترش ویژگی قفل‌کننده به اشکال مختلف لوله‌ها است. تیم همچنین علاقه‌مند است ببیند چگونه لوله‌ها تحت نیروهای مختلف مانند خم شدن، پیچش و دیگر تنش‌های مکانیکی عمل می‌کنند.
دکتر لی در مطلب منتشر شده در مطبوعات توضیح داد: «هدف ما تسریع ویژگی قفل‌کننده به اشکال مختلف لوله‌ها و آزمایش عملکرد لوله‌ها تحت نیروهای مختلف مانند خم شدن و پیچش است».
علاوه بر این، تیم در حال بررسی مواد و روش‌های تولید جدید برای ایجاد لوله‌های حتی کوچکتر و دقیق‌تر است. هدف توسعه یک مجموعه از لوله‌ها است که با حداقل تلاش دستی خود را مستقر کنند، و آنها را در کاربردهای دنیای واقعی حتی متنوع‌تر می‌کند.
شی گفت: «ما قصد داریم الگوریتم هوشمند خود را بهبود بخشیم تا لوله‌ها را برای شرایط مختلف دنیای واقعی حتی قابل تطبیق‌تر و کارآمدتر کنیم».
این نوآوری یک پیشرفت قابل توجه برای ساختارهای قابل استقرار است و پتانسیل تغییر نحوه‌ی برخورد مهندسان با هر چیزی از اکتشافات فضایی تا ساخت و ساز اضطراری را دارد.
کار تیم RMIT همچنان به مرزهای طراحی ساختاری فشار می‌آورد و نگاهی به آینده‌ای ارائه می‌دهد که سیستم‌های فشرده و خود استقرار در مهندسی نقش کلیدی ایفا می‌کنند.
تحقیقات در مجله PNAS توضیح داده شده است.
