https://frosthead.com

Udskriv, derefter varme til selvmonterende rumstationer

En ny teknik til at udskrive, folde op og implementere selvbygningsstrukturer kunne en dag gøre det meget lettere for kirurger at placere arterie-stenter, eller astronauter til at installere nye, lette pladshabitater.

Relateret indhold

  • Buckminster Fuller var god til ideer, frygtelig til bildesign
  • New Zealand sendte en 3D-trykt raket til rummet

Designerne bygger på et arkitektonisk koncept kaldet "tensegrity", et udtryk myntet af Buckminster Fuller i 1960'erne (som også patenterede de første tensegrity-former i 1962). Spænding, eller "tensional integritet", strukturer holder sig i form via stive stivere, der holdes på plads med sammenkoblede højspændingsledninger. Kurilpa-broen i Brisbane, Australien, og et nyt radioantennetårn, der bygges ovenpå Santiago, Chiles Metropolitan Park-bakke, er to typiske eksempler på trækstyrkestrukturer.

Selvom de er meget stærke, er de tunge, da de er konstrueret med metalstivere og kabler. Georgia Tech-ingeniører Glaucio Paulino og Jerry Qi ønskede at anvende de samme snitfordele til genstande, der kunne bruges til mere end bare broer og antenner, såsom rumhabitater eller hjertestenter.

Paulino og Qi udtænkte en metode til at skabe 3D-printbare, lette, sammenfoldelige versioner af disse design med rør lavet af et plastlignende materiale kaldet en formhukommelsespolymer forbundet med trykte elastiske sener.

Ved at opvarme rørene programmeres stivermaterialet til at "huske" den åbne konfiguration. Det kan derefter fladt ud og foldes sammen, og når hele designet udsættes for varme, udfoldes hele pakken langsomt i sin endelige, åbne konfiguration - ingen motorer er involveret.

Paulino og Qi fandt også, at ved at programmere forskellige dele af deres design til at udfolde sig ved forskellige temperaturer, kunne deres design pakke sig ud i trin for at forhindre kabler i at blive sammenfiltret.

Fordi hele designet kan klemmes ned i en pakke, der i det væsentlige er samlet, tager det meget mindre plads end konventionelle tensegrity-design.

”Hvis du sammenligner tensegrity-design med enhver anden type struktur, er de ekstremt lette og meget stærke, ” siger Paulino. "Det fine med dette system er, at der er en ekstra grad af frihed, der tillader trækstyrken at deformere, ændre form, have dramatisk formændring og understøtte enhver form for belastning i enhver retning."

Paulino og Qis laboratoriemodeller er på størrelse med et barns legetøj på bordpladen, fire til fem tommer på tværs af en side, og ligner intet så meget som en meget organiseret stak stænger, der holdes på plads ved den stramme fiskerilinje. Når de er fuldt udfoldet, er stagene hårde og stive, mens de elastiske kabler er blødere og mere fleksible. Motiverne, når de er samlet, har en vis gave - hvis du klemmer dem, vil formen deformeres. Men de klikker ret tilbage i form, når de frigives.

Holdet brugte varmtvandsbade til at demonstrere, hvordan udpakningsprocessen ved høj temperatur fungerer, men endda et værktøj som en varmepistol eller hårtørrer ville gøre susen. Det skal bare være konsistent - hvilket på det nuværende udviklingsstadium kan være problematisk, siger Paulino. At kontrollere vibrationer har også været en udfordring i andre typer af tensegrity-design.

Paulino og Qi valgte at bruge enkle design for at lette laboratorietestning, men Paulino siger, at der ikke er nogen grænse for, hvad der kunne gøres på designfronten.

Deres idé er, at polymerspændingskonstruktioner kan opskaleres og gøres meget mere kompleks, som for rumstrukturer eller ned, til størrelsen af ​​noget, der kan passe ind i den menneskelige krop. Forestil dig en stent, der kunne indsættes i en arterie, siger Paulino, som selv deployser en gang på plads. Eller hvis pladsbundne strukturer skulle være lavet af lignende formhukommelsespolymerer, ville de også veje meget mindre end en lignende struktur lavet af metal, hvilket giver mulighed for billigere lanceringer af formonterede rammer, der kunne bruges til laboratorium eller opholdsrum i plads.

Dette er stadig kun begreber på dette tidspunkt, skønt han tilføjede, at han havde haft en vis interesse fra medicinske kolleger, og at NASA allerede har udforsket stramhed som en tilgang til fremtidige rummissioner.

Robert Skelton, der har undersøgt tensegrity for hav- og rumanvendelser i årtier ved Texas A&M University, siger, at Paulino og Qis arbejde har en effektivitet frynsegoder i forhold til andre typer af tensegrity design.

”En dejlig fordel ved Paulino og Qis arbejde er den lille mængde energi, der kræves for at stive [stivere], ” skrev Skelton via e-mail. Skelton tilføjede, at et lignende princip er i funktion, når du trækker et metalbåndsmål: Det er forspændt at være svagt krummet, når det trækkes ud, men fladt, mens det rulles op. Forspændte strukturelle elementer har været en vigtig tilgang til rumkonstruktion, såsom på Hubble-rumteleskopet, hvis solarrays blev indsat med sådanne forspændte metalstrimler, der er stive, når de først er åbnet helt.

"Virkningen [af formhukommelses-tensegrity-strukturer] vil være lige så bred med en lang række anvendelser på jorden og i rummet, " tilføjede Skelton.

Så den næste ting, Paulino siger, at han og Qi vil tackle, er at tage deres koncept i skala - op og ned. Og fordi alt det, der kræves, er en 3D-printer og det rigtige materiale, kan det gøres overalt, når teknikken er perfekt.

”Det tog lidt tid at nå dette niveau, men vi føler, at vi har et godt udgangspunkt for de næste trin, ” siger Paulino. ”Vi er meget glade for det. Vi ved bestemt ikke alt, hvad der stadig skal gøres, men vi har tillid til, at vi har evnen til at gøre gode fremskridt med ideen. ”

Udskriv, derefter varme til selvmonterende rumstationer