Йоханес Овървелде преследва докторска степен по приложна математика в Харвардския университет, когато се запознава с Чък Хоберман, дизайнер на сферата на Хоберман, сгъваема топка за дъга за деца. И двамата живееха в Кеймбридж и имаха подобни интереси. Overvelde работеше върху разработването на трансформируеми материали, които биха могли да променят коравината, а Hoberman, архитект, който също изучава кинетични структури, обмисляше как различните материали могат да възприемат свойствата на сферата си, променяйки формата си чрез артикулиране на различни фуги.
Материалът в действие. (Йоханес Овървелде) Заемни битове от сферата на Хоберман и концепцията на снапологията, базирана на оригами, при която заключващите се ленти от хартия се сплотяват заедно, за да създадат твърди структури, Overvelde и неговият екип от Харвард са създали това, което наричат метаматериал: разширяваща се структура, която може да бъде използвана в него собствена или като градивен елемент за създаване на други структури. Атенюираните кубчета, които имат три степени на артикулация, са направени от тънки полимерни листове, които се сгъват плоски, но също така могат да изскачат по най-различни начини, подобно на сферата на Hoberman. Прикрепяйки го към пневматичен маркуч, потребителят може да надуе куб, за да създаде по-голяма 3D структура. Overvelde казва, че материалът има много приложения - от наномащабни стентове, които могат да бъдат вкарани в артерии и след това разширени, до стени, които биха се отворили и проветрили къщата ви, когато стане горещо.
„Докато снапологията предоставя геометричната отправна точка за нашите изследвания, тук акцентът ни е върху сгъваемостта на тези структури и как това може да доведе до нови дизайни за трансформиращи се метаматериали“, пише Overvelde в нов документ, публикуван в Nature Communications .
Изследователите започнаха с хартиени модели, опитвайки се да докажат, че с snapology, те могат да построят нещо достатъчно солидно, което да се използва в архитектурата.
„Имахме хартиен модел, който беше залепен заедно, но това беше много работа и хартиеният модел се счупи след седмица“, казва Овървелде. „Така че ние си помислихме:„ можем ли да приведем това повече към проектирана структура? “ Използвайки двустранна лента и лазерно нарязани тънки пластмасови листове - един по-дебел за лица и един по-тънък за пантите - направихме тези единици, които можеха да бъдат разгърнати напълно плоски, но имаха специфична степен на свобода, каквато не бяхме виждали преди. "
Оттам екипът експериментира с различни начини да промени формата на конструкцията. Те решават, че пневматичното задействане, което е прецизно и лесно да се включи чрез пускане на маркучи за въздух през кубовете, ще им позволи да използват структура по възможно най-възможните начини. Формата се променя в зависимост от това коя част от конструкцията е изпълнена с въздух. „Всяка структура, която правим с това устройство, ще бъде конфигурируема“, казва той.
Кубът може да се компресира, така че да лежи плоско. (Йоханес Овървелде) За Overvelde гъвкавостта е най-важната част от концепцията. Той обича да мисли за кубчетата като за материал, а не само за структура, защото смята, че много от стойността на откритието идва от многото различни начини, по които могат да бъдат изградени.
Първоначалният тестов куб на групата беше 50 сантиметра квадрат. Но идеята е мащабируема - те са изградили сгъваем стол. Сега изследователите експериментират да направят механизма на надуване чувствителен към околните сигнали, като светлина или влага. В много малък мащаб кубчетата могат да действат като фотонни кристали, отразявайки обратно различни дължини на вълната на светлината и различни цветове, докато променят формата си.
„Ако имате крило на пеперуда, структурата му придава цвят. Така че ако имате устройство, което иска да промени цвета си, можете да имитирате това “, казва Овървелде. „От друга страна, мислите за архитектурно приложение. Ако сте го направили реагиращ на топлина, можете да направите стена от тази структура, която се отваря и диша. Бихте могли да направите структура, която отговаря на водата, така че когато вали, тя автоматично се затваря. "
Технологията може да има много приложения. (Йоханес Овървелде) Overvelde доказа, че концепцията работи и сега иска да види как може да се приложи. В допълнение към фотонните кристали и подвижната архитектура, той смята, че може да се използва за всичко - от медицински устройства, които могат да бъдат опаковани плоски за лесно вкарване в тялото, до роботи и разглобяеми космически кораби.
„Наистина ми е любопитно да видя как други изследователи ще го вземат“, казва той.
