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葡京资料大|惊叹!这6种高精尖设备,背后的灵感竟都来源于折纸

时间:2020-01-09 14:31:04 作者:匿名

葡京资料大|惊叹!这6种高精尖设备,背后的灵感竟都来源于折纸

葡京资料大,那种由强大数学原理创造的精妙之美,不仅适用于纸张,在金属和塑料的世界里也毫不逊色。

折纸是日本一项传承千年的艺术,看上去,它似乎不大可能引发科学家和工程师的灵感,但实际上,它已经广泛运用于各种发明创造之中。那种由强大数学原理创造的精妙之美,不仅适用于纸张,在金属和塑料的世界里也毫不逊色。

原美国宇航局(nasa)物理学家、纸艺技术顾问罗伯特·朗(robert lang)说,“我们既可以从已知的折纸创意、结构和机制中汲取养分,也可以运用数学工具描述折纸、设计艺术形式,创造出解决特定技术难题的新式结构。”

借助折纸工艺,研发人员设计了一些运输时可以叠在一起、或者可以装进狭窄空间的大型结构。而那些精妙的折纸样式,还有助于搭建只需单个电机操控的复杂机械系统。

以下六种新设备的灵感都是源于折纸工艺:

近日,哈佛大学机器人专家罗伯特·伍德(robert wood)借助折纸工艺,设计了一款用于捕捉深海柔弱生物的机械手。机械手的五个爪子由若干五边形和三角形组合而成,手爪可以收缩成一个十二边形的盒状物,专门用来困住水母、章鱼等软体海洋生物,同时确保它们毫发无损。

——捕捉器的五只手可以抓取柔软的海洋生物,同时又不会对它们造成伤害。图片来源:wyss institute

这种可安装在无人潜艇上的机械手,只需一部电动机就能收缩折叠。这一点很重要——在深海环境中,组件越少,失灵的概率越低。“简洁是重中之重。”伍德说,“在深海那样一种恶劣的环境里,过于复杂的装置一个都不该有。”

传统的警用防弹盾牌通常重达40公斤,而且仅能防护一人。杨百翰大学的工程学团队利用折纸工艺,设计出了一款重约25公斤的新式盾牌。它足够宽,可以同时保护多人,而且折叠后,还能轻易塞进一辆小轿车的后备箱。

——杨百翰大学的工程学教授研制了一款更轻巧的防弹盾牌。图片来源:jaren wilkey

杨百翰大学机械工程学教授、研发团队负责人拉里·豪厄尔(larry howell)表示,这款盾牌的设计灵感源于一种近百年前的纸艺造型。不过,要让硬质防弹纤维能像纸一样随意折叠,还需加以改造。工程师把数块硬板缝进纤维,让板与板之间的松动区域起到合页的作用。

航天器最需要的就是空间。美国宇航局喷气推进实验室的工程师贾克科·卡拉斯(jaakko karras)打造了一款简易版的行星探测车。探测车的电路板是折叠起来的,既充当车身主体,又是控制系统。

——探测车原型,一个呈直立状,一个呈折叠状。图片来源:nasa喷气推进实验室/加州理工学院

探测车的轮子在航空飞行过程中是折紧的,飞船抵达目的地后,双轮转动展开。如果探测车在某个遥远的行星上突然驶进狭小空间,双轮可再次收折,穿越窄地。

卡拉斯认为,这种小巧灵动的探测车,可以代替美国宇航局近年常用的那种笨重且昂贵的探测器,或者两者搭配使用。他说:“我们可以打造小而多的车队模式,不一定非要采用单个、高价的大车。”

目前,卡拉斯正在开发能够操控这种小型车群的软件系统,以期未来运用在美国宇航局的项目中。

要是有一种机器人,能够吞入腹中,在体内四处游走,实施简单的外科手术,那该多好!如今,这个设想正在成为现实。受纸艺启发,麻省理工学院的研究人员设计出了一种微型机器人,它可以折叠成一颗药丸那么小,进入人体内又能展开,借助外部磁力在体内行动。

研究人员已经操作机器人,从一个仿真胃的模型里取出了一颗电池。但是,团队负责人丹妮拉·鲁斯 (daniela rus)去年表示,或许还要六年才能实行动物和人体测验,进而改良设备性能。

系外行星是出了名的难观测,因为它们围绕公转的恒星,其光芒过于耀眼,看起来就像在发光的灯泡周围寻找尘土颗粒。因此,喷气推进实验室的工程师正在研发一款花朵状的巨型遮星板,与太空望远镜搭配使用。发射过程中,遮星板折叠,进入太空后再展开,并运行到太空望远镜前方遮蔽星光,显露系外行星的详尽面貌。

——花朵状的遮星板可以遮蔽遥远恒星的光芒,从而显露系外行星的详尽面貌。

“这块遮星板,外形精雕细琢,令人惊叹。”罗伯特·朗说,“全部展开后,需要完成高精度定位。”

研究人员的灵感来自于一种名为“闪光之物”(flasher)的纸艺造型。这种样式可以把一张大纸折成一个紧凑的圆柱体。目前,花朵遮星板的原型正由普林斯顿大学与美国宇航局合作研发测试。

传统机器人肢体僵直、行动生硬,容易对身边的人类造成伤害。为此,科学家正在研发一款“柔性”机器人。哈佛大学机器人专家伍德的团队已运用折纸工艺,制造出柔软的人工肌肉,有望成为“柔性”机器人的力量之源。

——哈佛大学科学家在折纸工艺的启发下研发出一款人造肌肉,可提起相当于自重一千倍的物体。图片来源:wyss institute

人造肌肉的“骨架”是折叠的,分布在若干充满液体的囊袋中。对囊袋做真空处理,骨架将以设定的方式回折,形成如同真实肌肉一般的收缩效果。

虽然人造肌肉的研发还处在初始阶段,但测试结果显示,它已能提起相当于自重1000倍的物体。

翻译:李芜

校对:李莉

编辑:漫倩

来源:nbcnews

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