Johannes Overvelde taotles Harvardi ülikoolis rakendusmatemaatika doktorikraadi, kui kohtus lastele kokkupandava vikerkaarepalli Hobermani sfääri kujundaja Chuck Hobermaniga. Mõlemad elasid Cambridge'is ja neil olid sarnased huvid. Overvelde töötas välja muundatavate materjalide väljatöötamisel, mis võiksid muuta jäikust, ja ka kineetilisi struktuure uuriv arhitekt Hoberman oli mõelnud, kuidas erinevad materjalid võiksid omandada oma sfääri omadused, muutes vormi, liigendades neid erinevates liigestes.
Materjal tegevuses. (Johannes Overvelde) Laenubitsad Hobermani sfäärist ja origamipõhisest snapoloogiakontseptsioonist, kus paberilibad omavahel kinni jäävad, et luua jäikaid struktuure, on Overvelde ja tema meeskond Harvardis loonud metamaterjaliks nimetatava laiendatava struktuuri, mida saab kasutada selle omada või ehitusplokkina teiste struktuuride loomiseks. Kolme liigendamisastmega nõrgestatud kuubikud on valmistatud õhukestest polümeerlehtedest, mis voldivad tasaseks, kuid võivad ka hüppada mitmel erineval viisil, just nagu Hobermani kera. Selle pneumaatilise vooliku külge kinnitades saab kasutaja suurema 3D-struktuuri saamiseks kuubi täis pumbata. Overvelde sõnul on sellel materjalil arvukalt rakendusi, alates nanomõõtmelistest stendidest, mida saab arteritesse sisestada ja seejärel laiendada, kuni seinteni, mis avaksid maja soojaks ja ventilatsiooni.
"Kuigi snapoloogia on meie uurimistöö geomeetriline lähtepunkt, keskendume siinkohal nende struktuuride kokkupandavusele ja sellele, kuidas see võib kaasa tuua muudetavate ümberkujundatavate metamaterjalide uue kujunduse, " kirjutab Overvelde uues artiklis, mis avaldatakse ajakirjas Nature Communications .
Teadlased alustasid paberimudelitega, püüdes tõestada, et snapoloogia abil suutsid nad ehitada midagi piisavalt kindlat, et seda arhitektuuris kasutada.
“Meil oli paberimudel, mis oli kokku liimitud, kuid see oli palju tööd ja nädala pärast paberimudel purunes, ” räägib Overvelde. "Niisiis mõtlesime:" kas saaksime selle veel insenertehnilisse konstruktsiooni viia? " Kasutades kahepoolset teipi ja laserlõikega õhukesi plastiklehti - üks paksem nägude jaoks ja üks õhem hingedele -, saime need üksused kasutada täiesti tasaseks, kuid neil oli teatud vabadusaste, mida me polnud varem näinud. ”
Sealt edasi katsetas meeskond struktuuri kuju muutmiseks erinevaid võimalusi. Nad otsustasid, et pneumaatiline aktiveerimine, mida oli täpne ja hõlbus sisse viia, juhitades õhuvoolikuid läbi kuubikute, võimaldab neil kasutada konstruktsiooni võimalikult paljudel viisidel. Kuju muutub sõltuvalt sellest, milline konstruktsiooni osa on õhuga täidetud. "Kõik selle seadme abil tehtud struktuurid on ümberkonfigureeritavad, " ütleb ta.
Kuubi saab kokku suruda nii, et see jääb tasaseks. (Johannes Overvelde) Overvelde'i jaoks on kontseptsiooni kõige olulisem osa paindlikkus. Talle meeldib mõelda kuubikutele kui materjalile, mitte lihtsalt enda jaoks struktuurile, sest tema arvates tuleneb palju avastuse väärtusest paljudest nende ehitamise viisidest.
Rühma esialgne katsekuup oli 50 sentimeetrit ruut. Kuid idee on skaleeritav - nad on ehitanud kokkupandava tooli. Nüüd katsetavad teadlased inflatsioonimehhanismi tundlikuks ümbritsevate näpunäidete, näiteks valguse või niiskuse suhtes. Väga väikeses mõõtkavas võivad kuubikud toimida nagu footonkristallid, peegeldades kuju muutumisel erinevaid valguse lainepikkusi ja erinevaid värve.
“Kui teil on liblika tiib, annab struktuur sellele värvi. Nii et kui teil oleks seade, mis soovib värvi muuta, võiksite seda jäljendada, ”räägib Overvelde. „Teiselt poolt arvate arhitektuurilise rakenduse üle. Kui paneksite selle kuumusele reageerima, võiksite sellest konstruktsioonist seina teha, mis avaneks ja hingaks. Võiksite teha konstruktsiooni, mis reageerib veele, nii et kui sajab vihma, sulgub see automaatselt. ”
Sellel tehnoloogial võiks olla palju rakendusi. (Johannes Overvelde) Overvelde on tõestanud, et kontseptsioon toimib, ja nüüd soovib ta teada saada, kuidas seda rakendada. Lisaks fotoonilistele kristallidele ja teisaldatavale arhitektuurile võiks tema arvates seda kasutada kõige jaoks alates meditsiiniseadmetest, mida saaks hõlpsalt kehasse sisestada, kuni robotite ja teisaldatavate kosmoselaevadeni.
"Mul on väga huvitav näha, kuidas teised teadlased seda valivad, " ütleb ta.
