This post is also available in:
English (אנגלית)
מהנדסים שואבים כבר שנים השראה מאוריגמי ומקיריגמי בעת פיתוח מבנים קלי משקל המסוגלים לשנות את צורתם ללא צורך במערכות מכניות מורכבות. בעוד שאוריגמי מבוסס על קיפולים ליצירת צורות תלת־ממדיות, קיריגמי מוסיף חיתוכים מחושבים המאפשרים לחומרים שטוחים להתכופף, להתרחב ולהתעוות בדרכים יוצאות דופן. עם זאת, רוב היישומים ההנדסיים עד כה התמקדו בדפוסי חיתוך פשוטים המיושרים עם כיוון הכוח המופעל, דבר שהגביל את מגוון התנועות שניתן היה להשיג.
כעת פיתחו חוקרים מבנה קיריגמי חדש הפועל בצורה שונה. באמצעות שילוב של חיתוכים בזווית, במקום הדפוסים המקבילים או המאונכים המקובלים, הם יצרו חומר שמתפתל באופן אוטומטי כאשר מותחים אותו, אשר מהווה פיתוח שעשוי לפתוח אפשרויות חדשות בתחום הרובוטיקה הרכה, המכשור הרפואי ומערכות מכניות מסתגלות.
על פי דיווח של TechXplore, המבנה מתחיל כיריעת פוליאסטר שטוחה המכילה סדרה של חריצים שנחתכו בלייזר ומסודרים בזווית מדויקת. לאחר הייצור מגולגלת היריעה לצורה גלילית ומופעל עליה עומס מכני. כאשר מופעל כוח מתיחה לאורך הגליל, המבנה אינו רק מתארך, אלא גם מסתובב ומתפתל תוך כדי ההימתח.
התנהגות זו קשורה לתכונה המכונה כיראליות. עצם כיראלי אינו יכול לחפוף לדמות הראי שלו, בדומה ליד ימין וליד שמאל. דפוס החיתוכים הזוויתי מטמיע את ה"ידיות" הזו בתוך החומר, ומאפשר לו להמיר כוחות משיכה ליניאריים לתנועה סיבובית.
החוקרים גילו כי חלק מהגרסאות של המבנה מציגות גם התנהגות אוקסטית (Auxetic). בעוד שרוב החומרים נעשים צרים יותר כאשר מותחים אותם, חומרים אוקסטיים עושים את ההפך, הם מתרחבים לרוחב בזמן שהם מתארכים. תכונה יוצאת דופן זו עשויה לשפר ספיגת אנרגיה, גמישות ויציבות מכנית.
היכולת לייצר תנועה סיבובית ישירות ממתיחה מעניינת במיוחד עבור רובוטיקה רכה. מפרקים רובוטיים קונבנציונליים דורשים בדרך כלל מנועים, גלגלי שיניים או מנגנונים קשיחים אחרים כדי ליצור סיבוב. מבנה הקיריגמי החדש פועל כמפעיל פיתול פסיבי, המייצר תנועה סיבובית באמצעות הגיאומטריה שלו בלבד.
מנקודת מבט ביטחונית, מבנים קלי משקל המסוגלים לשנות צורה באופן מבוקר עשויים לתמוך במערכות נפרסות, חיישנים אדפטיביים, טכנולוגיות לבישות ופלטפורמות רובוטיות רכות הפועלות בסביבות צפופות או בלתי צפויות.
המחקר מדגיש גם מגמה רחבה יותר בהנדסת חומרים: שימוש בגיאומטריה עצמה ליצירת פונקציות מכניות חדשות, במקום הוספת רכיבים נוספים. במקרה זה, דפוס חיתוכים מחושב היטב הופך יריעה פשוטה למבנה המסוגל להמיר סוג אחד של כוח לסוג אחר של תנועה.
המחקר פורסם כאן.
