Johannes Overvelde jatkoi tohtorintutkintoa soveltavassa matematiikassa Harvardin yliopistossa, kun tapasi Chuck Hobermanin, joka on lasten kokoontaitettava sateenkaaripallo Hoberman Sphere -suunnittelija. Molemmat asuivat Cambridgessä ja heillä oli samanlaisia etuja. Overvelde työskenteli kehittääkseen muuntuvia materiaaleja, jotka voisivat muuttaa jäykkyyttä, ja myös kineettisiä rakenteita tutkittava arkkitehti Hoberman oli ajatellut, kuinka erilaiset materiaalit voisivat ottaa palloominaisuutensa muuttaen muotoaan niveltymällä eri liitoksissa.
Materiaali toiminnassa. (Johannes Overvelde) Lainausbitit Hoberman Spherestä ja origami-pohjaisesta snapologiakonseptista, jossa paperin kiinnitysliuskat napsahtavat yhteen jäykien rakenteiden luomiseksi, Overvelde ja hänen Harvardin tiiminsä ovat luoneet niin sanotun metamateriaalin: laajennettavan rakenteen, jota voidaan käyttää sen omina tai rakennuspalikkana muiden rakenteiden luomiseksi. Vaimennetut kuutiot, joissa on kolme nivelluokkaa, on valmistettu ohuista polymeerilevyistä, jotka taittuvat tasaisiksi, mutta voivat myös esiintyä monilla eri tavoilla, kuten Hobermanin pallo. Kiinnittämällä se pneumaattiseen letkuun, käyttäjä voi paisuttaa kuution suuremman 3D-rakenteen luomiseksi. Overvelde sanoo, että materiaalilla on lukuisia sovelluksia, nanomittakaavoista stenttejä, jotka voidaan asettaa valtimoihin ja sitten laajentaa, seiniin, jotka taittaisivat talon ja tuulettaisivat taloa, kun se kuumenee.
"Vaikka snapologia tarjoaa geometrisen lähtökohdan tutkimuksellemme, keskitymme tässä näiden rakenteiden taitettavuuteen ja siihen, miten tämä voi johtaa uusiin muotoihin muunnettavissa oleville metamateriaaleille", Overvelde kirjoittaa uudessa lehdessä, joka julkaistiin Nature Communications -lehdessä.
Tutkijat aloittivat paperimalleilla yrittäen todistaa, että snapologian avulla he pystyivät rakentamaan jotain riittävän vankkaa arkkitehtuurissa käytettäväksi.
”Meillä oli paperimalli, joka oli liimattu yhteen, mutta tämä oli paljon työtä, ja paperimalli rikkoi viikon kuluttua”, Overvelde sanoo. "Joten ajattelimme, " voimmeko viedä tämän enemmän suunnitellulle rakenteelle? " Käyttämällä kaksipuolista teippiä ja laserleikattuja ohuita muovilevyjä - yksi paksumpi kasvoille ja yksi ohuempi saranoille - teimme nämä yksiköt, jotka voitiin asentaa täysin tasaisiksi, mutta joilla oli erityisiä vapausasteita, joita emme olleet nähneet ennen. "
Sieltä ryhmä kokeili erilaisia tapoja muuttaa rakenteen muotoa. He päättivät, että pneumaattinen aktivointi, joka oli tarkka ja helppo sisällyttää johtamalla ilmaletkuja kuutioiden läpi, antaa heidän käyttää rakennetta useimmilla tavoilla. Muoto muuttuu sen mukaan, mikä rakenteen osa on täytetty ilmalla. "Kaikki rakenteet, joita teemme tällä laitteella, voidaan määrittää uudelleen", hän sanoo.
Kuutio voidaan puristaa siten, että se on tasainen. (Johannes Overvelde) Overveldelle joustavuus on tärkein osa konseptia. Hän haluaa ajatella kuutioita materiaalina, ei vain itselleen rakenteen sijasta, koska hänen mielestään suuri löytön arvo tulee monista eri tavoista, joilla ne voidaan rakentaa.
Ryhmän alkuperäinen testikuutio oli 50 senttimetriä. Mutta idea on skaalautuva - he ovat rakentaneet taitetun tuolin. Nyt tutkijat kokeilevat inflaatiomekanismin herkistämistä ympäristönäköille, kuten valolle tai kosteudelle. Hyvin pienessä mittakaavassa kuutiot voivat toimia kuin fotoniset kiteet, heijastaen erilaisia valon aallonpituuksia ja värejä muuttuessaan muotoon.
”Jos sinulla on perhonen siipi, rakenne antaa sille väriä. Joten jos sinulla olisi laite, joka haluaa muuttaa väriä, voit matkia sitä ”, Overvelde sanoo. ”Toisaalta ajattelet arkkitehtonista sovellusta. Jos saisit sen reagoimaan kuumuuteen, voit tehdä tästä rakenteesta seinän, joka avautuu ja hengittää. Voisit tehdä rakenteen, joka reagoi veteen, joten kun sataa, se sulkeutuu automaattisesti. ”
Teknologialla voisi olla paljon sovelluksia. (Johannes Overvelde) Overvelde on todistanut konseptin toimivan, ja nyt hän haluaa nähdä miten sitä voidaan soveltaa. Fotonisten kiteiden ja siirrettävän arkkitehtuurin lisäksi hän ajattelee, että sitä voitaisiin käyttää kaikkeen lääketieteellisiin laitteisiin, jotka voitaisiin pakata litteiksi kehoon helpon asettamisen helpottamiseksi, robotteihin ja siirrettäviin avaruusaluksiin.
"Olen todella utelias näkemään, kuinka muut tutkijat valitsevat sen", hän sanoo.
