Programmeerbare ballonne die weg baan vir 'n nuwe-vorm besig toestelle

'n Span navorsers het ontwerp materiaal wat kan beheer en vorm 'n ballon in-pre geprogrammeer vorms. Die stelsel gebruik kirigami velle - dun velle van materiaal met periodieke sny - ingebed in 'n opblaas toestel.

Die span het ook 'n omgekeerde ontwerp strategie, 'n algoritme wat die optimum ontwerp vir die kirigami opblaas toestel wat 'n teiken vorm op inflasie sal naboots bevind.

"Hierdie werk bied 'n nuwe platform vir-vorm besig om toestelle wat die ontwerp van innoverende mediese instrumente, aktueerders en herconfigureerbare strukture kan ondersteun," sê Katia Bertoldi, die William en Ami Kuan Danoff Professor Toegepaste Meganika by SEAS en senior outeur van die studie .

Die navorsing is gepubliseer in Gevorderde Materials.

'N individu sny op 'n kirigami vel dra by tot die groter vorm van die ballon soos 'n pixel help vorm 'n beeld op 'n 2D oppervlak. Die navorsers het bevind dat deur tuning die geometriese parameters van hierdie snitte, kon hulle beheer en embed komplekse vorms.

"Deur net wisselende twee parameters van die pixels, kan ons al die verskillende soorte crazy vorms in die kirigami ballonne, insluitend draaie, kinkels en uitbreidings program," sê Antonio Elia Forte, 'n nadoktorale genoot by SEAS en mede-eerste outeur van die studie . "Ons strategie stel ons in staat om outomaties te ontwerp 'n morphable ballon vanaf die vorm wat jy nodig het. Dit is 'n bottom-up benadering wat vir die eerste keer inspan die elastisiteit van die materiaal, nie net kinematiese."

Die gebruik van hierdie parameters, het die navorsers ontwikkel 'n omgekeerde algoritme wat kan meng en pas pixels van verskillende breedte en hoogte, of te verwyder sekere pixels geheel en al, na die verlangde vorm te bereik. Deur die manipulering van die parameters van individuele pixels, het die navorsers in staat was om te stem vorms by 'n aansienlik kleiner skaal. Om hierdie demonstreer, geprogrammeer hulle 'n ballon te boots die vorm van 'n muurbal (die eksperimente plaasgevind het rondom Halloween), kompleet met die kenmerkende stampe en rante langs die kant.

"Deur die beheer van die uitbreiding op elke vlak van die kirigami ballon, kan ons 'n verskeidenheid van teiken vorms voort te plant," Lishuai Jin, 'n nagraadse student aan SEAS en mede-eerste outeur van die papier.

Die navorsers het ook kirigami ballonne in die vorms van kalbas kalbasse, hakies en vase, toon dat die benadering is algemeen genoeg om naboots enige gegewe vorm.

Volgende, die navorsing het ten doel om hierdie kirigami ballonne gebruik as-vorm te verander aktueerders vir sagte robots. Die werk lê die grondslag vir die ontwerp van strukture op verskeie skale: van mikro minimaal invasieve chirurgie toestelle om makro strukture vir verkenning van die ruimte.

Hierdie navorsing is mede-outeur deur Bolei Deng en Ahmad Rafsanjani. Dit is deur die National Science Foundation onder Toekennings No. DMH-1420570 en DMH-1922321.

bron: Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences. "Programmable balloons pave the way for new shape-morphing devices: Kirigami balloons could be used in medical devices, soft robotics." ScienceDaily. ScienceDaily, 8 July 2020. <www.sciencedaily.com/releases/2020/07/200708121417.htm>.