Трио ученых-материаловедов из Университета Сорбонны разработало новый подход к созданию типов тонких панелей, которые могут быть преобразованы в изогнутые трехмерные объекты, не прибегая к сминанию или разрезанию. В своем исследовании, опубликованном в журнале Science, Тянь Гао, Хосе Бико и Бенуа Роман вдохновились морфингом листьев и лепестков растений, чтобы создать аналогичный материал для использования в новых областях применения.
Предыдущие инженерные разработки показали, что можно производить трехмерные изделия, сначала начав с плоского куска материала. Причина этого, как правило, заключается в том, чтобы облегчить транспортировку. Например, картонные коробки занимают гораздо меньше места в сплющенном виде. Инженеры-робототехники обнаружили полезность таких материалов, как и ученые, стремящиеся отправить зонды в космос. Однако создание таких материалов сопряжено с преодолением серьезного препятствия.
Например, если вы посмотрите на плоскую карту Земли, континенты покажутся искаженными — это потому, что они были сплющены из сферы. Как отмечают исследователи, попытки выковать трехмерные изделия из плоского предмета обычно требуют сминания или резки. Они стремились преодолеть эту проблему с помощью нового подхода, который основывался на их наблюдениях за тем, как работают луковицеобразные клетки в растениях.
Например, листья на растениях кукурузы могут открываться и закрываться в зависимости от погодных условий — они делают это путем раздувания луковицеобразных клеток с помощью давления жидкости. Чтобы воссоздать эту способность в изготовленном материале, команда создала то, что они описывают как изменяющую форму структуру, основанную на гауссовых ячейках.
Чтобы создать свою модель, команда напечатала в 3D надувные трапециевидные каналы внутри плоской панели. Затем он был помещен между двумя слоями воздухонепроницаемого материала. Когда воздух закачивался в центральную часть сэндвича, плоские поверхности сверху и снизу раздвигались и растягивались, придавая им новые формы с уникальной гауссовой кривизной. Изменяя размер и форму трапеций, исследователи смогли изменить трехмерные формы, которые они могли формировать.