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爱游戏app平台:美国研究人员3D打印折纸启发折叠结构的国防技术

时间:2022-08-09 10:30:15 来源:爱游戏app平台 作者:爱游戏全站app下载

  美国国防部 (DoD) 已授予乔治亚理工学院两项 2022 年多学科大学研究计划 (MURI) 奖项,总金额约为1400万美元。

  其中一个名为“通过拓扑设计编程多稳态折纸和剪纸结构”的项目着眼于如何将折纸艺术的原理与3D打印结合使用,以设计能够改变形状的轻巧灵活的结构。其目的是使能够在各种稳定几何形状之间转换的结构能够执行特定操作或适应不断变化的环境条件。

  预计这项工作将应用于从3D打印多功能机器人到变形桥和天线等可折叠射频组件的所有领域。

  MURI 是国防部竞争激烈的项目的一部分,旨在支持研究人员团队开展的工作,这些工作有朝一日可能应用于国防部门。对于最新一轮的 MURI,美国国防部授予28个美国研究团队总计1.95亿美元。

  邓恩家族物理学和生物科学副教授 Simon Sponberg 解释说:“MURI 最初是为国防部提供培训资助,以培养能够取得进展的下一代科学家。这笔资金将使我们能够让所有六个实验室和学科的博士后和研究生紧密合作并创建一个社区。”

  在折纸艺术中,目标是使用精心放置的折叠组合将一张扁平的方形纸变成雕塑。任何喜欢折纸的人都会告诉你,使用胶水、切割和撕裂通常是不受欢迎的。但是,确实使用切割的设计被称为剪纸。

  那么折纸和剪纸如何与3D打印相结合呢?最明显的领域之一是软机器人领域,其中可编程折叠和驱动机制通常用于创建随时间改变形状的4D打印机器人。根据这些折叠的位置,机器人可以滚动、攀爬、行走和抓握物体。

  多稳定折纸结构具有高度复杂的机械行为,这是由于大量的折叠和相互影响的力。作为该项目的一部分,研究人员将首先致力于开发综合数学模型来表征和编程这些行为。

  然后,他们希望设计自己的3D打印和先进的制造工艺,将传感和驱动集成到这些结构中。最后,该团队打算开发实验测试台来评估和优化他们基于折纸的设计。

  佐治亚理工学院助理教授 Zeb Rocklin 表示:“该项目得益于佐治亚理工学院在工程先进技术与开发通用、数学严谨的物理理论之间建立紧密、强大联系的能力。” “我们将从任何人都可以通过观察或感受折纸来感受的概念开始,并使用机器人技术和多功能3D打印来创建复杂、灵活和强大的动态结构,这些结构可以做以前从未见过的事情。”

  除了基本的3D打印机器人设备外,这项工作还将适用于混合软弹出式执行器、具有可变形特性的材料、可折叠的防弹盾以及临时结构,例如军事人员的充气避难所。

  受折纸启发的多功能结构的示例包括 3D 打印软机器人系统(右上)和可变形材料(左下)