يلهم جناح Earwig التصميمات المدمجة القابلة للطي أنفسهم

جناح Earwig يلهم التصاميم المدمجة التي تطوي نفسهاEnlargeDr. يعقوب فابر ، إيث زيوريخ

يجب أن أعترف أنه حتى كشخص مفتون الحشرات ، إيرويغ يخيفني. عند رؤية واحدة ، أنا عادة مشغول جدًا في محاولة إسكواشه لإشعار أي تفاصيل حول تشريح. لذا كان من المفاجئ معرفة أن الأمر لا يقتصر على ذلك لديهم أجنحة ، ولكن أجنحتهم هم أصحاب الرقم القياسي العالمي في جانب محدد من الجناح الحشرات: أنها تأخذ مساحة أقل عندما تطوى بالمقارنة مع حجمها الموسعة. النسبة بين يمكن أن تصل هذه الحالات إلى 18 إلى واحد.

مع أخذ هذه الحقيقة في الاعتبار ، كنت أقل دهشة لمعرفة ذلك قرر الباحثون دراسة هذا الشيء من علم الأحياء لمعرفة ما إذا كان يمكنهم استخلاص أي رؤى من ما فعله التطور مع حاول التأثير على شخص. في عدد اليوم من العلوم ، هناك تقرير حول ما لديه تعلمت من قبل ثلاثة باحثين: جاكوب فابر وأندريه ستارت من ETH زيوريخ وأندريس أرييتا من جامعة بوردو. وجدوا ذلك ، لتقليد جناح earwig ، فإن أسلوب الطي على طراز اوريغامي لن يفعل ذلك فعل. بدلاً من ذلك ، قاموا بتصميم وطباعة ثلاثية الأبعاد لمجموعة مختارة من الفوقية التصاميم التي ، مع مساهمة صغيرة من الطاقة ، بسرعة الوجه بين الدول المطوية والمتكشفة.

عندما يفكر الكثير من الناس ، بما في ذلك معظم علماء المواد للطي ، والفكر الأول هو اوريغامي. لكن فريق البحث وجدت أن “نظام طي الطبيعية الرائعة” earwig يتصرف بطريقة “لا يمكن وصفها بشكل كاف من قبل اوريغامي الحالي النماذج. “جزء من القضية هو واحد من علم المواد: هناك بعض أنماط الطي في الجناح والتي لا يمكن القيام بها خلق تجعد في مادة واحدة أو باستخدام الخطوط المستقيمة من اوريغامي. بالإضافة إلى ذلك ، فإن الجناح مستقر ، ويثبت نفسه فيه مكان أثناء الرحلة مع الحد الأدنى من المدخلات من العضلات وقابلة للطي تماما دون أي طاقة العضلات التي تنفق.

سر هذا هو جزئيا أن علم الأحياء لا يقتصر على إما خطوط مستقيمة أو مادة واحدة. في الواقع ، المفاصل على جناح إيرويغ غني ببروتين يسمى ريسيلين ، والذي يتشكل بوليمر مرن يمكنه تخزين وإطلاق الطاقة كما هي مثنية والاسترخاء.

جناح earwig ل. الدكتور جاكوب فابر ، إيث زيوريخ

رسم متحرك لعملية الطي. الدكتور جاكوب فابر ، إيث زيوريخ

الدكتور جاكوب فابر ، إيث زيوريخ

المدمجة للغاية ، شكل مطوية بالكامل. الدكتور جاكوب فابر ، ETH زيورخ

لمعرفة المزيد حول كيفية عمل النظام ، كان جناح الحشرات تخضع لتحليل العناصر المحدودة ، والتي نماذج سلوك المكونات الفردية للنظام ، ثم بناء أكثر تعقيدًا المعادلات من خلال الجمع بين هذه العناصر. هذا كشفت بعض الأساسية مبادئ حول سلوك الجناح. لإعطاء مثال واحد ، إذا أ متباعدة بين قسمين من الجناح بالتساوي عبر تقاطع كامل ، سوف تتكشف في النتيجة ، خطي بسيط توسيع. إذا كان المفصل غير متماثل ، فستكون القطع أيضًا تدوير بالنسبة لبعضها البعض كما تتكشف المفصل.

4D؟ ماذا؟

طوال البحث ، يشير الباحثون إلى عمليتهم باسم “الطباعة 4D.” ليست هذه هي المرة الأولى التي أسمع فيها المصطلح ، هكذا هناك فرصة أن يحاول الناس الترويج لها. دعونا نأمل أن يفشلوا ، لأنه مصطلح مربك للغاية ، وواحد من الصعب العثور على تعريف جيد لـ.

في الفيزياء ، أول ثلاثة أبعاد هي الفضاء ، والرابع حان الوقت تتضمن الطباعة ثلاثية الأبعاد إنشاء كائن يمتد عبر جميع الأبعاد الثلاثة المكانية. ولكن ماذا يمكن أن الطباعة الوقت ربما تبدو وكأنها؟ هل تعود وتضيف أجزاء جديدة بها إعادة طبع؟

كلا. بدلاً من ذلك ، تشير الطباعة 4D إلى طباعة كائن يمكنه ذلك اعتماد أكثر من شكل واحد. قد لا يكون النموذج الذي تطبعه هو النموذج أن كائن عالق في لبقية وجوده. منذ هذا يمكن أن يكون صحيحا لأي شيء مطبوع على الإطلاق مع مرونة المواد ، يبدو وكأنه تعريف واسع للغاية. و لأن الخلط حول وقت الطباعة يعني أن أي شخص يأتي عبر هذا المصطلح سوف تضطر إلى البحث عنه بدلا من أن يكون بديهي ، من الأفضل أن ينسى الجميع ذلك أستخدم.

نسخة مبسطة من نتائج العنصر المحدد ثم تمت برمجة التحليل في أداة تصميم ، مما يسمح لل الباحثون لجعل الأسطح القابلة للطي التي تحاكي تلك الموجودة في أجنحة إيرويغ: قابلة للطي المدمجة وثابتة مطوية وكشفت تنص على. ثم يمكن إرسال التصميمات الناتجة إلى طابعة ثلاثية الأبعاد التي تستخدم مواد مختلفة للقطاعات والمفاصل و يمكن أن تخلق منحنيات تعسفية لأي من المفاصل. في الواقع، فإن وجد الباحثون عمومًا أنه من الأسهل طباعة النموذج المطوي لل كل ما كانوا يصنعونه ، لأن رأس الطباعة كان عليه السفر أقل.

النظام يعمل بشكل جيد بشكل لا يصدق. نمط بسيط مع أربعة أظهرت المربعات قابلية الجناح للأذن. مع قليلا من مدخلات الطاقة ، ويمكن أن المفاجئة بين مفتوحة و الدول المغلقة في أقل من 80 ميلي ثانية. لكنهم أيضا المطبوعة هياكل أكثر تعقيدا ، مثل استنساخ للأذن جناح. وأنتجوا أيضا بعض التصاميم الجديدة ، مثل زوج من كماشة التي يمكن أن تقلب بين الدول المفتوحة والمغلقة ، مع دولة مغلقة قادرة على السيطرة على الأشياء. عملية الإغلاق بأكملها يتم التحكم بواسطة مجموعة صغيرة من اللوحات حيث ذراعي يلتقي الكماشة ؛ التغييرات هناك ببساطة نشر أسفل الذراعين.

يقول المؤلفون أن هذا يثبت قوة تصميمهم البرمجيات. “عن طريق تصميم المواد والمعايير الهندسية لل هذه الخلية ، “يكتبون” ، المشهد الطاقة الكامنة في يمكن برمجتها آلية القابض بأكملها. “من الواضح أن النظام هو أيضا مرنة بما فيه الكفاية لجعل كل شيء من جهاز ميكانيكي ل جناح قابل للطي

في حين أن هذا العمل من غير المرجح أن يغير رد فعلي على المجيء عبر إيرويغ في العالم الحقيقي ، فإنه يعطيني المكتشف حديثا تقدير للقوى التي دفعت تطورها. لديها حتى ساعدني في تقدير الطباعة ثلاثية الأبعاد أكثر قليلاً.

Science، 2018. DOI: 10.1126 / science.aap7753 (About DOIs).

Like this post? Please share to your friends:
Leave a Reply

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: