Учёные MIT создали лёгкие строительные конструкции по принципу оригами, которые в 3,5 раза жёстче аналогов
Инженеры Массачусетского технологического института (MIT) разработали новый способ создания лёгких и прочных строительных конструкций на основе принципов оригами. Технология позволяет собирать крупные несущие каркасы из металлических модулей, изготовленных из плоских листов. Согласно компьютерному моделированию, полученные конструкции могут быть в 3,5 раза жёстче некоторых аналогов при одинаковой массе. При этом для их изготовления требуется меньше материала, а сборка не нуждается в сложном строительном оборудовании.
Разработка основана на геометрических структурах, которые ещё в 1960-х годах исследовал американский художник и учёный Рон Реш. Вместо складывания единого металлического листа исследователи предложили создавать отдельные треугольные элементы, которые соединяются попарно. При соединении они взаимно блокируют возможные движения, образуя жёсткие модули. Из таких деталей можно собирать пространственные решётчатые каркасы сложной формы, способные воспринимать механические нагрузки без дополнительных внутренних опор.
Для проектирования конструкций команда разработала специальный алгоритм, автоматически рассчитывающий форму каждого модуля. Программа учитывает геометрию будущего сооружения и определяет линии сгиба, необходимые для точного соединения деталей. Затем заготовки вырезают из алюминиевых листов с помощью станков с числовым программным управлением, сгибают и соединяют обычными винтами или другими крепёжными элементами. По словам исследователей, особенности конструкции помогают деталям занимать правильное положение при сборке, что уменьшает вероятность ошибок.
Расчёты показали, что новая схема распределяет нагрузки эффективнее некоторых ранее предложенных конструкций на основе оригами. В сравнении двух алюминиевых решёток одинаковой массы и размеров жёсткость новой системы оказалась до 3,5 раза выше. Кроме того, необходимая жёсткость достигается при использовании двух слоёв материала вместо трёх, применяемых в отдельных альтернативных решениях. Это потенциально позволяет снизить массу готовых сооружений и затраты на их производство.
Чтобы продемонстрировать возможность работы с крупными конструкциями, инженеры изготовили алюминиевую скульптуру длиной около семи метров и установили её в атриуме Бостонской публичной библиотеки. Сборка заняла несколько дней, причём участвовавшей в ней команде не потребовалось профессионального строительного опыта. Эксперимент подтвердил возможность изготовления и соединения модулей в архитектурном масштабе, хотя сама скульптура не является испытанным строительным сооружением.
В перспективе технология может использоваться для создания временных укрытий в районах стихийных бедствий. Плоские заготовки удобно перевозить, а на месте из них можно собирать лёгкие каркасы без сварочного оборудования. Другими возможными применениями исследователи называют элементы самолётов, робототехнику, фасады зданий и звукопоглощающие конструкции. Однако перед использованием метода в капитальном строительстве потребуется проверить прочность полноразмерных сооружений, долговечность соединений и устойчивость к реальным эксплуатационным нагрузкам.