Ожившие оригами: ученые из Колорадо разработали легкий и компактный материал, который меняет форму

Представьте, что открываете книгу с фотографиями дикой природы и на одной из страниц видите целый рой бабочек, грациозно взмахивающих крыльями.

Вскоре это будет вполне возможно благодаря работе группы дизайнеров и инженеров из института ATLAS в составе Колорадского университета в Боулдере. Исследователи использовали последние достижения в сфере пластичной роботехники, чтобы создать объекты, способные менять форму. При этом они такой же толщины, как лист бумаги, быстро двигаются и практически бесшумны.

Первые разработки команды получили название Electriflow. Это журавлики-оригами, которые могут сгибать шею, лепестки цветов, которые сворачиваются при нажатии кнопки, и, конечно, подвижные насекомые.

«Обычно книги о бабочках статичны, — говорит Пурненду, аспирант Колорадского университета в Боулдере, возглавляющий проект. — Но что, если можно было бы заставить бабочку из книги взмахнуть крыльями? Мы показали, что это возможно».

Недавно вместе со своими коллегами он представил результы своей работе на конференции Ассоциации вычислительной техники 2021 года, посвященной проектированию интерактивных систем (Designing Interactive Systems, DIS).

Искусственные мышцы

Пурненду объясняет: чтобы привести проекты Electriflow в движение, не нужен мотор или другие традиционные машинные детали. Поэтому на ощупь они мягкие, как настоящие бабочки. Вдохновением послужили искусственные мышцы, которые первоначально были разработаны инженерами под руководством Кристофа Кеплингера. Компания Artimus Robotics уже занимается их коммерческим использованием.

Artimus использует технологию гидравлически усиленных самовосстанавливающихся электростатических приводов (hydraulically amplified self-healing electrostatic actuators, HASEL). В отличие от традиционных роботизированных деталей, которые часто сделаны из жесткого металла, приводы HASEL созданы на базе жидкостей.

Эрик Аком, бывший аспирант Колорадского университета в Боулдере, который участвовал в разработке технологии, объясняет, что электростатика внутри приводов приводит в движение масло в герметичных пластиковых пакетах. Представьте, как изменится форма пакета с кетчупом, если сжать одну сторону.

Бабочка и цветок Electriflow двигаются на странице книги. Фото в тексте: Пурненду

«Одним из главных преимуществ этих приводов является то, что они универсальны, — говорит Аком, соавтор нового исследования и CTO Artimus Robotics. — Это просто мешочки, но в зависимости от их формы можно создавать различные виды движений».

Они также имитируют естественный мир, в котором организмы всех видов (например, рыбы-фугу или венерины мухоловки) меняют свою форму, чтобы отпугивать хищников и заманивать добычу в ловушку.

«Для некоторых животных изменение формы — это важная часть общения и выживания, — говорит Пурненду. — Инженеры стремились разработать аналогичные функции для компьютерных интерфейсов».

Взмах крыла

Пурненду размышлял, может ли он использовать ту же концепцию, что и Artimus Robotics, не просто для создания новых роботов, а для создания мягких подвижных произведений искусства.

Electriflow также может изображать движущиеся мультфильмы. Фото в тексте: Пурненду

Electriflow использует несколько форм мешочков, чтобы создавать складки, похожие на оригами, на плоских пластиковых листах. Технология позволяет объектам быстро двигаться. Например, у насекомых Пурненду скорость движения крыльев может достичь 25 взмахов в секунду, быстрее чем у большинства настоящих бабочек и сопоставимо с некоторыми мотыльками.

Исследователь надеется, что художники и дизайнеры будут использовать инструменты, разработанные им и его командой, чтобы еще больше расширить эти границы. Он представляет, что однажды можно будет увидеть животных-оригами, которые могут складываться в различные формы из плоского листа пластика или персонажей мультфильмов, которые бегают и прыгают по страницам книг.

«Существует множество различных геометрических форм, с которыми мы можем играть», — говорит Пурненду.

А пока он с удовольствием наблюдает, как оживают его бабочки.

Источник.

Фото на обложке: Unsplash