Исследователи из Принстонского университета разработали метод, который помогает дизайнерам и инженерам имитировать сложные природные структуры, например, термитники или человеческие кости вместе с их механическими свойствами. Ключ к решению оказался в математической связи между оригами и тенсегрити.
Оригами изучает, как поверхности складываются вдоль складок, а тенсегрити исследует структуры, которые удерживаются за счет сжатия и растяжения как, например, человеческий скелет. Ученые выяснили, что базовые математические правила этих систем одинаковы: формула, описывающая складки оригами, может быть переведена в правила распределения сил в тенсегрити, и все это описывается одним уравнением.
Метод назвали инвариантной дуальной механикой тенсегрити и оригами. Его суть в следующем: можно взять симметричную структуру с известными свойствами (например, стабильностью или гибкостью), а затем преобразовать ее в несимметричную форму. Благодаря математической инвариантности — то есть наличию элементов, которые не меняются в процессе преобразования — удается определить свойства новой структуры без сложных вычислений.
Раньше проектирование неправильных форм, в отличие от простых куба или сферы, требовало множества переменных и громоздких расчетов. Новый подход позволяет инженерам начинать с простой формы и постепенно ее корректировать без утомительных проб и ошибок для каждой версии.
Этот метод пригодится не только в дизайне и строительстве, но и в робототехнике, где часто нужны компоненты неправильной формы, а также при работе с метаматериалами — у них геометрия напрямую влияет на свойства.
Ранее Наука Mail рассказывала о том, что 14-летний гений оригами получил приз за создание сверхпрочной фигуры.
