Johannes Overvelde urmărea un doctorat în matematică aplicată la Universitatea Harvard când a cunoscut-o pe Chuck Hoberman, designerul Hoberman Sphere, o minge curcubeu ploaie pentru copii. Ambii locuiau în Cambridge și aveau interese similare. Overvelde lucra la dezvoltarea de materiale transformabile care ar putea schimba rigiditatea, iar Hoberman, un arhitect care studiază și structurile cinetice, se gândea la modul în care diferite materiale ar putea să-și asume proprietățile sferei sale, schimbându-și forma prin articularea la diferite articulații.
Materialul în acțiune. (Johannes Overvelde) Biți împrumutați din sfera Hoberman și conceptul de snapologie bazat pe origami, în care benzile de hârtie se împletesc pentru a crea structuri rigide, Overvelde și echipa sa de la Harvard au creat ceea ce ei numesc metamaterial: o structură expandabilă care poate fi folosită pe proprii sau ca un bloc de construcție pentru a crea alte structuri. Cuburile atenuate, care au trei grade de articulare, sunt confecționate din foi subțiri de polimer care se pliază plat, dar pot apărea, de asemenea, într-o varietate de moduri diferite, la fel ca Sfera Hoberman. Prin atașarea acestuia la un furtun pneumatic, un utilizator poate umfla un cub pentru a crea o structură 3D mai mare. Overvelde spune că materialul are numeroase aplicații, de la stenturi la scară nano, care pot fi introduse în artere și apoi extinse, până la pereți, care ar putea să se deschidă și să-și aeriseze casa atunci când se încălzește.
"În timp ce snapologia oferă punctul de plecare geometric pentru cercetarea noastră, accentul nostru este aici pe pliabilitatea acestor structuri și modul în care acest lucru poate duce la noi modele pentru metamateriale transformabile", scrie Overvelde într-o nouă lucrare, publicată în Nature Communications .
Cercetătorii au început cu modele de hârtie, încercând să demonstreze că, cu snapologie, ar putea construi ceva suficient de solid pentru a-l folosi în arhitectură.
"Am avut un model de hârtie care a fost lipit împreună, dar aceasta a fost multă muncă, iar modelul de hârtie s-a rupt după o săptămână", spune Overvelde. „Deci ne-am gândit, „ putem aduce acest lucru mai mult la o structură proiectată? ” Folosind bandă dublă față și foi de plastic subțire tăiate cu laser - una mai groasă pentru fețe și una mai subțire pentru balamale - am făcut aceste unități care puteau fi dislocate complet plat, dar aveau grade specifice de libertate pe care nu le mai văzusem până acum. "
De acolo, echipa a experimentat diferite moduri de a schimba forma structurii. Au decis că activarea pneumatică, care era precisă și ușor de încorporat prin rularea furtunurilor de aer prin cuburi, le va permite să folosească o structură în cele mai multe moduri posibile. Forma se schimbă în funcție de ce parte a structurii este umplută cu aer. „Orice structură pe care o vom face cu acest dispozitiv va fi reconfigurabilă”, spune el.
Cubul poate fi comprimat astfel încât să rămână plat. (Johannes Overvelde) Pentru Overvelde, flexibilitatea este cea mai importantă parte a conceptului. Îi place să se gândească la cuburi ca un material, în loc să fie doar o structură pentru ei înșiși, pentru că crede că o mare parte din valoarea descoperirii vine din multe moduri diferite prin care pot fi construite.
Cubul de test inițial al grupului era de 50 de centimetri pătrați. Dar ideea este scalabilă - au construit un scaun pliabil. Acum, cercetătorii experimentează cu sensibilitatea mecanismului de inflație la indicii ambientale, cum ar fi lumina sau umiditatea. La scară foarte mică, cuburile pot acționa ca niște cristale fotonice, reflectând înapoi diferite lungimi de undă de lumină și culori diferite, pe măsură ce își schimbă forma.
„Dacă aveți o aripă a unui fluture, structura îi conferă culoare. Deci, dacă ai avea un dispozitiv care dorește să își schimbe culoarea, ai putea imita asta ”, spune Overvelde. „Pe de altă parte, te gândești la aplicația arhitecturală. Dacă ați face să răspundă la căldură, puteți crea un perete din această structură care se deschide și respiră. Ați putea crea o structură care să răspundă la apă, astfel încât atunci când plouă, aceasta se închide automat. "
Tehnologia ar putea avea o mulțime de aplicații. (Johannes Overvelde) Overvelde a dovedit că conceptul funcționează și acum vrea să vadă cum poate fi aplicat. Pe lângă cristalele fotonice și arhitectura mobilă, el consideră că ar putea fi folosit pentru orice, de la dispozitivele medicale, care ar putea fi ambalate plat pentru introducerea ușoară în corp, la roboți și nave spațiale dislocabile.
„Sunt foarte curios să văd cum îl vor ridica alți cercetători”, spune el.
