自己構築構造を印刷、折り畳み、展開する新しい手法により、いつか外科医が動脈ステントを配置したり、宇宙飛行士が新しい軽量の宇宙生息地を設置したりすることがはるかに容易になる可能性があります。
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これらのデザインは、1960年代にバックミンスターフラー（1962年に最初のテンセグリティーシェイプの特許も取得）によって造られた用語である「テンセグリティー」と呼ばれる建築概念に基づいています。 テンセグリティ、または「張力完全性」構造は、相互接続された高張力ケーブルで所定の位置に保持された剛性ストラットを介して形状を保持します。 オーストラリアのブリスベンにあるクリルパ橋と、チリのメトロポリタンパークの丘であるサンティアゴの上に建設されている新しい無線アンテナタワーは、テンセグリティ構造の2つの典型的な例です。
それらは非常に強力ですが、金属製の支柱とケーブルで構成されているため、重量があります。 ジョージア工科大学のエンジニアであるグラウシオ・パウリーノとジェリー・チーは、宇宙の生息地や心臓のステントなど、単なる橋やアンテナ以上のものに使用できる物体に同じ張力の利点を適用したいと考えていました。
PaulinoとQiは、形状記憶ポリマーと呼ばれるプラスチックのような素材で作られたチューブを、印刷された弾性腱でつないで、これらのデザインの3D印刷可能、軽量、折りたたみ可能なバージョンを作成する方法を考案しました。
チューブを加熱することにより、ストラットの材料は、開いた構成を「記憶」するようにプログラムされます。 その後、平らにして折りたたむことができ、デザイン全体が熱にさらされると、パッケージ全体がゆっくりと展開して最終的なオープン構成になります。モーターは関与しません。
PaulinoとQiは、さまざまな温度で展開するように設計のさまざまな部分をプログラミングすることで、ケーブルが絡まるのを防ぐために設計を段階的に展開できることも発見しました。
設計全体を基本的に完全に組み立てられたパッケージに詰め込むことができるため、従来のテンセグリティ設計よりもはるかに少ないスペースを占有します。
「テンセグリティーデザインを他のタイプの構造と比較すると、非常に軽量で非常に強力です」とパウリーノは言います。 「このシステムの美しさは、テンセグリティが変形、形状変更、劇的な形状変化、およびあらゆる方向のあらゆるタイプの荷重をサポートできる自由度が追加されていることです。」
PaulinoとQiのラボモデルは、横に4〜5インチの子供用の卓上おもちゃのサイズであり、ピンと張った釣り糸でしっかりと固定された棒のスタックほどのものではありません。 完全に広げると、ストラットは硬くて硬くなり、弾性ケーブルは柔らかくて柔軟になります。 完全に組み立てられたデザインには、ある程度の効果があります。それらを絞ると、形状が変形します。 しかし、リリースされるとすぐに元の形状に戻ります。
チームは、高温の開梱プロセスがどのように機能するかを示すために温水浴を使用しましたが、ヒートガンやヘアドライヤーなどのツールでさえそのトリックを行います。 一貫性がなければなりません。開発の現在の段階では、問題が生じる可能性があります、とパウリノは言います。 振動を制御することは、他のタイプのテンセグリティ設計でも同様に課題でした。
PaulinoとQiは、実験室でのテストを簡単にするためにシンプルなデザインを使用することを選択しましたが、Paulino氏はデザインの面で何ができるかに制限はないと言います。
彼らの考えは、ポリマーのテンセグリティ構造は、人体にフィットする何かのサイズまで、空間構造のようにスケールアップし、はるかに複雑にすることができるというものです。 Paulino氏は、動脈に挿入できるステントを想像してみてください。 または、空間結合構造が同様の形状記憶ポリマーで作られている場合、金属で作られた同様の構造よりもはるかに軽いため、実験室や居住区に使用できる組み立て済みフレームの安価な打ち上げが可能になりますスペース。
彼は医学部の同僚からいくらか興味があり、NASAは将来の宇宙ミッションのアプローチとしてテンセグリティをすでに探求していると彼は付け加えたが、それらはまだこの時点では単なる概念である。
テキサスA＆M大学で何十年もの間、海洋および宇宙用途のテンセグリティを研究してきたロバートスケルトンは、パウリーノとチーの研究は他のタイプのテンセグリティ設計よりも効率が良いと言います。
「パウリーノとチーの仕事の素晴らしい利点は、[ストラット]を強化するのに必要なエネルギーが少ないことです」とスケルトンは電子メールで書きました。 スケルトンは、金属製の巻尺を引き出すときも同様の原理が機能していると付け加えました。引き出したときはわずかに湾曲しているが、巻き上げられている間は平らになるようにプレストレスがかかっています。 プレストレスト構造要素は、ハッブル宇宙望遠鏡などの宇宙建設にとって重要なアプローチでした。ハッブル宇宙望遠鏡では、太陽電池アレイが完全に開かれると剛性になるプレストレスト金属ストリップで展開されました。
「[形状記憶テンセグリティ構造]の影響は、地球上および宇宙上で多種多様なアプリケーションで同様に広範囲に及ぶでしょう」とスケルトンは付け加えました。
したがって、Paulinoが次に取り組むことは、彼とQiが取り組むことであるということです。彼らのコンセプトをスケールアップすることです。 必要なのは3Dプリンターと適切な素材だけなので、テクニックが完成すればどこからでも行うことができます。
「このレベルに達するにはしばらく時間がかかりましたが、次のステップに向けて良い出発点があると感じています」とPaulino氏は言います。 「私たちは非常に興奮しています。 確かに、まだ行う必要のあるすべてのことを知っているわけではありませんが、アイデアを十分に進歩させる能力があると確信しています。」
