Wie ist die Zukunft des Origami Engineering Unfolding (Op-Ed)



John Varrasi ist ein leitender Angestellter Journalist für American Society of Mechanical Engineers (ASME). Empfohlene Ingenieure Mary Frecker und Larry Howell sind ASME Fellows. Varrasi trug dieses Artikels Leben Wissenschaft Experten stimmen: Op-Ed & Einblicke.

Origami, die japanische Kunstform, die mindestens bis ins 17. Jahrhundert datiert schafft einzigartige Muster und Formen aus Papier falten. Heute ist Origami Ingenieure entwerfen aktiven Materialien und intelligente Strukturen, die verbiegen, Strecke und Kurve, Überwindung der traditionellen Konstruktionsabhängigkeiten und Rendering Produkte und Systeme mit bemerkenswerten Leistungsmerkmalen und Funktionen inspirierend.

Vielleicht ist die allgegenwärtige Beispiel erstaunlich kompakt Automobil Airbag, Origami-inspirierte Technik auch kommerzielle Energie, Bekleidung und Healthcare-Industrie auf dem Vormarsch ist. Reflektieren aufkommende Interesse auf dem Gebiet, finanziert der U.S. National Science Foundation acht US-Universitäten um Origami-Technik in das Reich der rekonfigurierbare, smart, Strukturen und selbstorganisierende Systeme voraus.

Falten, weit über Papier

"Origami-Technik die Nachfrage in verschiedenen Branchen, für Produkte und Systeme mit sehr komplexen Anwendungen erfüllen kann", sagte Mary Frecker, Professor für Maschinenbau und Biomedical Engineering an der Pennsylvania State University, eine der Schulen ein NSF-Forschungsstipendium erhalten. "Origami lassen sich Produkte mit der Fähigkeit zu Falten und dann auf Nachfrage entfalten – zu jeder Zeit."

Um solche Produkte zu erstellen, sind Ingenieure experimentieren mit aktiven Materialien wie Magneto-aktive Elastomere, die magnetische Füllstoffpartikel bestehen — wie Barium-Ferrit-eingebettet in einer Elastomer-Matrix und die Anzeige einer besonderen Fähigkeit Kurve zu drehen, wenn ein magnetisches Feld angewendet wird. Synthetische Polymer-Verbindungen mit extrem hoher Energiedichte sind auch Favoriten in der Origami-Design-Community durch die Fähigkeit des Materials zu komprimieren und in Anwesenheit einer Spannung Strecken.

Während solche Materialien fast magisch sind in wie sie in verschiedenen Formen und Mustern zu verwandeln, die Herausforderung für Ingenieure ist ein System zu schaffen, die strukturell gesund ist und kann für den praktischen Gebrauch hergestellt werden. [Das Falten Origami Sonnenkollektoren könnte zum Weltraum (Video) geleitet werden]

"Traditionelle Origami-Kunst nutzt Papier; jedoch die meisten technische Anwendungen erfordern Materialien mit endliche Dicke, bieten die notwendige Festigkeit und Steifigkeit, eine gewünschte Funktionalität zu erreichen", sagte Frecker. "Unsere Analyse von experimentellen Designs zeigt, dass unterschiedliche Aktivierung Prozesse anders Falten, Kurven und Verformungen in der Materialstruktur festzustellen."

Medizinische Wunder

Wie Forscher auch neue Strukturen zu schaffen, die in der Praxis standhalten weiterhin, haben einige Unternehmen Origami-inspirierten Designs in den kommerziellen Markt platziert, Nutzung der Vorteile der Produkte und Systeme mit einzigartigen Klapp Fähigkeiten.

GE Healthcare zusammen mit Brigham Young University (BYU) vor kurzem auf eine Abdeckung für den Ausleger ein Röntgengerät in Krankenhaus-OP-Säle verwendet. Das Grabtuch ausdehnt und zusammenzieht wie ein musikalischer Akkordeon, den sterilen Bereich im OP aus der nicht-sterilen Umgebung des Gelenkarms zu schützen. Die Verkleidung besteht aus Tyvek®, eine Art von synthetischen Papier von DuPont hergestellt. GE erforderlich eine Verbesserung der Gestaltung über die Kunststoff Vorhänge häufig verwendet, um die Hüllen, die beweglichen C-Bogens; die Vorhänge mussten ersetzt werden, jedes Mal, wenn das Gerät gedreht und aus den sterilen Bereich, Hinzufügen von Zeit als auch Kosten zu chirurgischen Eingriffen.

"GE brauchten eine Design für das Grabtuch, das den sterilen Bereich bei allen Bewegungen und Positionen des Gelenkarms, gepflegt", sagte Larry Howell, Professor an der Fakultät Maschinenbau an der BYU, auch ein Empfänger eines der NSF-Stipendien. "Nachdem mehrere Konzepte evaluiert und getestet wurden, wurde eine Origami-basierte Design ausgewählt."

Das Design des Grabtuchs war komplex. Um die benötigte Bewegung und Geometrie des Maschinenarmes Röntgen gerecht zu werden, entwickelte das BYU-Team eine einstellbare Leichentuch basierend auf ein Faltmuster Miura-Oribenannt. Benannt nach dem japanischen Astrophysiker Koryo Miura, inspirierte die Miura-Ori -Methode Bereich Systemdesign, so dass Ingenieure zu Falten und entfalten sich starre und dicken Flächen in verschiedene Richtungen und kontinuierliche Bewegung.

Eine weitere medizinische Anwendung für Origami-Technik ist im Bereich der chirurgischen Sonden, Zangen und andere Instrumente, die haben die Möglichkeit, geben eine Öffnung im Körper in einem schmalen und kompakten Zustand und entfalten nach dem einfügen. Origami-basierte Technik kann auch eine Rolle in verbesserte biomedizinische Stents.

Die wachsende Rolle für Origami-Technik

Über den medizinischen Bereich Origami-inspirierte Produkte zählen Teleskope, Schutzhüllen für Autos, Sportartikel, Kajaks, Solaranlagen, Gerät Schubladen und Notunterkünften. Solaranlagen stellen ein Beispiel für einsetzbare Membranen, die Ingenieure eine Reihe von Design-Flexibilität, einschließlich reibungsarme Gelenke, geringe Materialvolumen, kontrolliert Knicken und umfangreiche spanning Fähigkeit erlauben.

Im Bereich der Sportartikel und Bekleidung Industriedesign-Studenten an der BYU, in Zusammenarbeit mit der Consumer-Produkte Firma Fähranleger Versorgung, Origami in der Gestaltung eines neuartigen Rucksacks angepasst haben. Die charakteristischen Merkmale des Rucksacks sind die dreieckigen Maschen, mit denen die Tasche entspricht der Artikel innerhalb, drängeln des Inhalts und einen Schutz gegen Schäden reduzieren. Kombination von Form und Funktion, entspricht der Rucksack sorgfältige technische Planung, ansprechende Ästhetik und Komfort.

"Diese und andere Produkte nachweisen, dass faltbare Lösungen in Konstruktion, tragfähig sind", sagte Howell. "Origami-Kunst weiterhin Produkte inspirieren, die tragbar und einsetzbar sein müssen."

Nach Frecker an der Penn State ist ein Bereich von wachsendem Interesse selbst Falten Strukturen sowie einsetzbare Großanlagen für die Weltraumforschung. Es gibt auch ein neuen Fokus auf Anwendungen, die elektrischen, magnetischen und thermischen Materialien um Origami-basierte Design aktivieren aktivieren kombinieren. Es gab 28 Vorträge auf Origami auf den 2014 ASME Design Engineering technische Konferenzen — Interesse im Bereich wogenden.

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