Теги → оригами

Проект Lunark: дом для будущих жителей Луны, вдохновлённый оригами

Два дизайнера из Дании разработали «дом» для будущих поселенцев Луны, который возводится самостоятельно и имеет внутри себя все необходимое для комфортного проживания. Лунный модуль получил название Lunark и будет испытан дизайнерами в конце 2020 года на холодных и ветреных территориях Новой Зеландии.

На создание лунного модуля дизайнеров явно вдохновило традиционное японское искусство складывания фигурок из бумаги — оригами. Изначально конструкция с алюминиевой рамой находится в максимально сжатом состоянии, чтобы в небольшие контейнеры для доставки на Луну их поместилось как можно большее количество. К лёгкой раме присоединено 328 панелей, которые скреплены между собой гибким, воздухонепроницаемым швом.

Панели, из которых состоит Lunark

Панели, из которых состоит Lunark

Внутри конструкции расположено все необходимое для проживания будущих колонистов. Исследователи смогут отдыхать в кабинах с хорошей шумоизоляцией и лампами с разной теплотой света. Считается, что таким образом модуль Lunark сможет имитировать разное время суток и у колонистов не будут нарушаться циркадные ритмы.

Чтобы жизнь на Луне не была однообразной, модуль также получит систему имитирования различных погодных условий вроде тёплого лета, холодной зимы и проливной осени. Также внутри жилища будет расположен вертикальный сад для выращивания зелени, 3D-принтер для ремонта оборудования и зарядная станция с питанием от солнечных панелей.

На данный момент модуль Lunark существует только на чертежах и в виде миниатюрной модели из бумаги. Дизайнеры запустили кампанию на краудфандинговой платформе Kickstarter и планируют заняться сборкой настоящего прототипа после накопления 21 000 долларов.

После завершения строительства, авторы проекта хотят поехать в заснеженные территории Новой Зеландии и попробовать выжить внутри модуля три месяца. Им предстоит жить в условиях, где вне «лунного убежища» будут бушевать ураганы, а температура воздуха будет опускаться до -30 градусов Цельсия.

Авторы проекта Lunark: Себастьян Аристотелис и Карл-Йохан Соренсен

Авторы проекта Lunark: Себастьян Аристотелис и Карл-Йохан Соренсен

Ожидается, что накопленный дизайнерами опыт будет полезен для астронавтов, которые вернутся на поверхность Луны в 2024 году, в рамках программы НАСА «Артемида». Недавно стало известно, что эта миссия обойдётся США в 35 миллиардов долларов.

Изобретатели MIT показали миниатюрного робота-оригами

В ходе конференции ICRA 2015 (International Conference on Robotics and Automation), которая прошла в Сиэтле, исследователи Массачусетского института технологий продемонстрировали уникального миниатюрного робота. Эта новинка умеет автоматически раскрываться, как оригами, после чего может выполнить порученные задания и… исчезнуть.

IEEE Spectrum

IEEE Spectrum

Удивительное изобретение перед началом работы представляет собой небольшой кусочек листа с магнитом. После запуска он «собирается» за считанные секунды, преодолевает различные препятствия, в том числе водные, передвигает небольшие предметы. Когда миссия выполнена, робота достаточно поместить в банку с ацетоном, в которой он просто растворится (конечно, растворится всё, кроме магнита).

IEEE Spectrum

IEEE Spectrum

В закрытом состоянии робот представляет собой квадрат со стороной 1,7 см и весит всего 0,31 грамма. Устройство использует магнит, поливинилкарбонат и структурные слои полистирола, выгравированные лазером, которые при раскрытии формируют складки. При размещении на нагревающем элементе поливинилкарбонат деформируется и создаётся объёмная структура. После процесса сборки робот может передвигаться со скоростью 3–4 см в секунду.

IEEE Spectrum

IEEE Spectrum

Секрет передвижения прост. «Двигатель» состоит из двух частей. Первая часть — это кубический неодимовый магнит в самом устройстве. Вторая часть — собственно четыре катушки, которые генерируют электромагнитное поле и заставляют робота передвигаться. Можно задаться вопросом — а для чего это всё городить, если можно просто таким же электромагнитным полем управлять одним только магнитом. На самом деле, есть маленькая хитрость. Электромагнитное поле включается и выключается с определённой частотой (15 Гц), вызывая колебания магнита взад–вперёд. В результате передние и задние ноги робота начинают поочерёдно касаться поверхности, а асимметричный дизайн и специальное смещение центра тяжести вызывают перемещение устройства. Другим преимуществом использования робота-оригами вместо магнита является способность такой конструкции плавать, а также более эффективно выполнять задачи по перемещению предметов. Конечно, дизайн робота можно подобрать под специфические задачи, а представленный экспонат лишь демонстрация возможностей такого подхода. Также исследователи предполагают возможность создания такого робота из бумаги и других материалов.

Что касается сферы применения, то представленный прототип вряд ли сгодится для чего-нибудь очень полезного. Но изобретатели планируют научить робота более сложным задачам, встроить сенсоры и организовать его автономную работу, что может пригодиться, например, в медицинских приложениях. 

Карманный дрон-оригами поможет спасать людей

Помимо крупных полнофункциональных квадрокоптеров, которые способны нести с собой нагрузку в несколько килограммов, есть потребность также и в компактных дронах, легко помещающихся на ладони. Например, в конце прошлого года мы познакомились с карманным дроном Anura, который с виду напоминает обычный портативный жёсткий диск и который всегда можно взять с собой. В военной отрасли миниатюрные квадрокоптеры предполагается использовать в качестве устройств для шпионажа и выполнения различных секретных миссий. Примером является дрон Cicada. Интересуются подобными разработками и изобретатели из Политехнического колледжа Лозанны. Предлагаем вниманию их новейшее творение.

Mashable

Mashable

Новый дрон отличается компактными габаритными размерами, а также готов в считанные доли секунды «расправить крылья» и вылететь на выполнение задачи. Предполагается, что эти дроны можно будет рассеивать в зонах бедствий. С их помощью можно будет делать снимки местности, что облегчит мониторинг ситуации, а также устанавливать контакт с пострадавшими и вести поисковые работы.

Mashable

Mashable

Когда устройство не используется, его кронштейны, на которых крепятся пропеллеры, сложены таким образом, что дрон можно легко поместить в карман. Когда моторчик запускается, под воздушным напором, создаваемым пропеллерами, «руки» раскрываются. После чего кронштейны в таком раскрытом положении фиксируются магнитами. Для стабильного положения в воздухе пары пропеллеров должны крутиться в противоположных направлениях. Поэтому вначале, когда «крылья» распускаются, все пропеллеры крутятся одинаково, а после фиксации магнитом через 50 мс переходят в штатный режим работы.

Mashable

Mashable

Дрон весит всего 36 граммов. В собранном виде он помещается в коробочку с габаритами 58 × 58 × 35 мм, а в рабочем состоянии устройство охватывает площадь 160 × 160 мм. Дрон отличается простой конструкцией, а малый вес обеспечивается использованием таких материалов, как углеродные волокна и пластмасса. Текущая версия новинки собирается вручную, но занимает это всего 10 секунд. В будущем изобретатели хотят добавить функцию автоматического закрытия «крыльев».

Новый дрон будет продемонстрирован сегодня на конференции робототехники в Сиэтле. 

Космические солнечные панели-оригами приближаются к воплощению

Япония подарила миру искусство оригами, которое давно вышло далеко за пределы увлекательного интеллектуального хобби и находит применение в повседневной жизни, упаковочных материалах, архитектуре, медицине, робототехнике в целом и в космосе в частности.

Доставка грузов в космос — непростая задача, имеющая очень строгие ограничения как по объёму, так и по массе предметов. Между тем, космические аппараты нуждаются в очень крупных панелях или парусах для использования солнечной радиации с целью получения энергии или толкающей силы.

Простейшие формы оригами уже находят применение в солнечных панелях космического назначения, однако инженеры работают над внедрением новых, более сложных конструкций для компактности и надёжности при транспортировке и увеличения площади поверхности во время использования в космических условиях.

Доктор Кембриджского университета Саймон Гест (Simon Guest), специализирующийся на структурной механике, опубликовал в 1992 году небольшую работу, посвящённую технологии складывания круглых плоскостей для нужд космической и других отраслей, приведя соответствующие геометрические расчёты. А в текущем году он же со своими научными коллегами представил доклад о складывающихся цилиндрических конструкциях для применения в космосе.

Работу Саймона Геста решили продолжить профессор Ларри Хоуэлл (Larry Howell) и последипломный студент Шеннон Зирбел (Shannon Zirbel) из Университета Бригама Янга, а также инженер-механик Брайан Триз (Brian Trease) из Лаборатории реактивного движения NASA. Команда обратилась за помощью к известному мастеру по оригами Роберту Лэнгу (Robert Lang).

Результатом их двухлетней работы стал массив солнечных панелей диаметром 2,7 м в сложенном состоянии и 25 метров в разложенном. Процесс разворачивания был показан на уменьшенной в 20 раз модели.

Главной проблемой, которую решали исследователи, стала толщина солнечных панелей, не позволяющая им складываться столь же легко, как бумаге. «Пришлось пересмотреть множество дизайнов, чтобы добиться толщины, которая позволяет складываться каждому изгибу», — отметил Брайан Триз. Но, между тем, окончательно принятая техника складывания очень сильно напоминает предложенную доктором Гестом ещё 22 года назад.

Шеннон Зирбел пояснила, что проект всё ещё находится в стадии прототипа, но проводится большая работа, чтобы сделать реальностью солнечные панели в духе оригами. Такие системы сбора энергии cмогут использоваться не только на крупных космических аппаратах, но и на мини-спутниках вроде проекта CubeSat.

Роботы с оригами-колёсами преодолеют самые сложные препятствия

Оригами, которое легло в основу концепции представленного на днях робота, представляет собой древнейший вид декоративно-прикладного искусства в Японии. Создание фигурок различной геометрической формы из бумаги уже рассматривалось специалистами как вполне перспективная базовая составляющая и для роботизированных устройств, о чём мы упоминали на страницах нашего издания. Озвученный экспертами из Массачусетского технологического института (MIT) подход предлагал применять для создания сложных деталей роботов специальные материалы, которые самостоятельно сворачивались и принимали бы нужную форму под воздействием температуры, создавая объёмные элементы из плоских исходных компонентов. Несмотря на то, что описанная методика не была использована при разработке оригами-колеса, о котором пойдёт речь в данной статье, именно японское искусство легло в основу идеи и подтолкнуло к созданию двух оригинальных роботизированных механизмов, спроектированных командами инженеров из Лаборатории биоробототехники сеульского национального университета и Гарвардской лаборатории микроробототехники. 

Продемонстрированная роботизированная версия устройства с соединёнными валом колёсами, похожими на так называемый «магический шар», конструкция и методика создания бумажного аналога которого известная практически всем поклонникам оригами, позволяет в зависимости от ситуации изменять их размеры.

origami-blog.net

origami-blog.net

Новинка, способная превратить колёса в массивные элементы для преодоления ступенек или же придать им практически плоскую форму, чтобы попасть в небольшие по габаритам проёмы, сумела привлечь к себе множество взглядов на крупнейшей робототехнической выставке IEEE International Conference on Robotics and Automation 2014 (ICRA).

twitter.com

twitter.com

Её колёса с вмонтированными на внешней стороне датчиками для безошибочного ориентирования на местности способны умышленно поддаваться деформации при движении и изменять свой диаметр от 55 мм до 120 мм. Подобное технологическое решение осуществляется без вредоносного воздействия как на один единственный привод, отвечающий за масштабирование колёс, так и на остальную часть конструкции. 

В рамках всё того же ICRA 2014 уже американскими учёными из Гарвардской лаборатории микроробототехники был продемонстрирован схожий по своей первоначальной концепции проект самостоятельно деформирующихся оригами-колёс, которые могут автоматически изменять свой размер в зависимости от текущей нагрузки. Подобный ход позволил бы роботу нового поколения, оснащённому таким уникальным шасси, самостоятельно подстраиваться и выбирать оптимальный вариант преодоления преград различного характера во время движения, а также выполнять роль тягача с возможностью масштабирования под определённую нагрузку.

Главным «козырем» детища специалистов из Гарварда как раз и является тот факт, что разработанная ими система выступает в роли бесступенчатой коробки передач, ведь изменения диаметров колёс приводит к уменьшению или увеличению такого параметра, как крутящий момент. На данном этапе развития робототехники понятия «трансмиссия» и «робот» кажутся не слишком совместимыми, так как крупногабаритные механизмы создаются достаточно громоздкими и неповоротливыми. Поэтому пока что они не нуждаются в данном, привычном для автомобиля, элементе конструкции. В будущем же ведущие специалисты данной отрасли рассматривают принцип функционирования оригами-колеса в качестве если и не основополагающего, то достаточно востребованного как для промышленных роботов будущего, так и для космических аппаратов вроде марсоходов.  

www.wired.com

www.wired.com

Механизм передвижения обоих представленных роботов можно описать следующими словами: если на оригами-колёса действует слишком большая нагрузка, превышающая допустимый показатель и не позволяет им вращаться, то конструкция автоматически начинает процесс регулирования диаметра своих колёс. Подобного рода деформация, как её называют сами учёные, сопровождается повышением крутящего момента при уменьшении диаметра колеса и понижением значения крутящего момента при увеличении. Продолжается описанное регулирование колёс до тех пор, пока привод механизма не позволит преодолеть ему возникшее на пути препятствие или сдвинуть с места присоединённый к роботу груз. Колесо же, в свою очередь, эффективно адаптируется к изменяющемуся передаточному числу, актуальному для диапазона от его минимального и до максимального диаметра, предусмотренного конструкторами. 

Чтобы не сильно углублять в теоретическую часть представленного технологического решения, достаточно будет посмотреть представленное американскими изобретателями видео, наглядно демонстрирующее способности и весь потенциал созданного механизма:

Исследователи MIT предлагают применять оригами в робототехнике

Читатели, не упустившие из виду наш материал, подробно рассказывающий об оригами, имеют достаточно полное представление о том, насколько широкое применение находит это многогранное искусство за пределами реализации только творческих замыслов людей — в медицине, космосе, упаковочных материалах и разнообразной продукции.

Работы французского мастера Эрика Жуазеля (Eric Joisel)

В частности, в статье описывался принцип самоскладывающегося оригами с помощью промачивания бумаги по определённым контурам. Теперь исследователи из Массачусетского технологического института (MIT) пытаются реализовать тот же механизм, но с более прочным материалом, чем бумага, для последующего применения в робототехнике.

Эксперименты студента университета искусства и дизайна в Лозанне Кристофера Губерана (Christophe Guberan)

Как известно, Intel собирается уже в этом году предложить энтузиастам комплект для создания андроида путём печати его неэлектронных компонентов на 3D-принтере. Если эта инициатива окажется успешной, она приблизит то время, когда своего робота можно будет изготовить в домашних условиях с помощью готовых программно-аппаратных инструментов.

Однако некоторые детали сложно изготовить с помощью объёмной печати, поэтому инженеры из MIT взялись за решение этой проблемы с применением искусства оригами. Но в этом случае речь идёт не о бумаге, а о специфических материалах, которые при нагревании обеспечивают самостоятельное сворачивание конструкции из плоского состояния в объёмное изделие.

Исследователи MIT представят результаты своих изысканий на следующей неделе в Гонконге на Международной конференции IEEE по робототехнике и автоматизации.

Новая статья: Инструкция к сборке: искусство оригами вокруг нас

Данные берутся из публикации Инструкция к сборке: искусство оригами вокруг нас

Солнечные ячейки-оригами

Один из способов собрать больше солнечной энергии – убедиться, что излучение падает на солнечную панель под идеальным углом. Это означает отслеживание движения светила с соответствующим перемещением плоскости панели или использование комплексной оптики для перенаправления лучей, если поверхность с солнечными ячейками неподвижна. Исследователи из Университета Иллинойса (University of Illinois) предложили другое, инновационное решение: самосборные сферические ячейки, которые способны собирать большее количество энергии, чем плоские поверхности.
Солнечные ячейки-оригами
Изменение формы – это относительно простой путь решения проблемы концентрации падающего излучения, но реализовать его в случае фотоэлектрических устройств до новой разработки было весьма сложно. Микромасштабные ячейки произведены с использованием обычного литографического процесса, скомбинированного с операциями по самосборке. Если эффективность подобных решений будет доказана на практике, появится потенциальная возможность сформировать из них большие массивы с такой же выходной мощностью, как в случае обычных солнечных ячеек, но меньший требуемый объём кремния позволит снизить стоимость. "Вместо большой пластины с полупроводниковыми элементами, покрытой концентрирующими линзами и оснащённой моторами для её перемещения, мы стремимся создать компактные ячейки с аналогичной мощностью", - объясняет задачу профессор химии Ральф Наззо (Ralph Nuzzo). Изогнутые поверхности собирают больше света по сравнению с плоскими благодаря увеличенной площади. Но изготовление солнечных ячеек с отличной от ровной поверхностью сталкивается со сложностями в виде ограничений производственных процессов, использующих полупроводники. Поэтому возглавляемая Наззо группа избрала путь самостоятельного преобразования формы плоскими листами в микромасштабные трёхмерные элементы. Реализация проекта началась с точной обработки тонкой высококачественной кремниевой заготовки. Литография позволила получить тонкую двумерную структуру, которой исследователи придали форму цветка. Внутри клейким веществом крепится небольшой кусочек стекла, помогающий сохранять принимаемую форму. Наконец, по мере испарения размещённой в центре "цветка" капли воды силы поверхностного натяжения заставляют "лепестки" подниматься, в результате появляется близкая к сфере структура.
Солнечные ячейки-оригами
Сложность в том, чтобы заставить материалы изменяться предсказуемым образом. Исследователи создали математические модели, помогающие прогнозировать механические свойства кремниевых элементов с разнообразной формой и толщиной, а также их взаимодействие с водой, которое можно регулировать химической обработкой поверхности. После образования сферы добавляются электрические контакты. Итогом всей работы стали микроскопические сферические солнечные ячейки, выступившие доказательством функциональности "оригами", как называет разработку Наззо. Та же техника использовалась для получения цилиндрических ячеек. Устройства Наззо конвертируют всего 1% света в электричество – низкая эффективность даже для фотоэлектрического преобразования. Однако конечный результат превосходит показатели изготовленных теми же относительно грубыми техпроцессами плоских ячеек из того же количества кремния. По словам учёных, разработанная ими методика может быть применена к другим материалам помимо кремния, а форма ячеек не ограничена сферой и цилиндром. Есть и другие способы увеличения количества собираемого света, такие как использование антиотражающих покрытий и текстурирование поверхностей. Но главное преимущество новой методики – меньший объём требуемого материала. На плоские солнечные ячейки толщиной в несколько микрометров нельзя нанести текстуру, а антиотражающие плёнки усложняют производство и добавляют стоимость. Самосборка, по словам Наззо, предлагает лучшую альтернативу. В настоящий момент исследователи трудятся над совершенствованием технологического процесса. Материалы по теме: - «Солнечная ромашка» для питания ноутбука и телефона;
- Солнечные батареи из оптоволокна эффективнее в 6 раз чем панельные;
- IT-Байки: солнечное электричество из нанотрубок.

Техника оригами позволяет создавать трехмерные микроустройства

Оригами – техника складывания фигурок из бумаги - при грамотном подходе позволяет создавать уникальные объекты. К не менее потрясающим результатам может привести «наноригами», когда осуществляется формирование трехмерных микроструктур из крошечных элементов путем сгибания последних. Подобные микроконструкции позволяют создавать крошечные двигатели, конденсаторы нового поколения, а в будущем именно «микрооригами» позволит создавать устройства хранения информации, микропроцессоры, фотонные микроустройства с уникальными характеристиками. Главным достоинством нового подхода является именно возможность формирования трехмерных микрообъектов – на сегодняшний день инженеры научились создавать сложнейшие двумерные структуры, использую такие техники, как фотолитография, технология нанопечати и пр. Вполне подходящие для изготовления интегральных микросхем и MEMS-устройств они абсолютно непригодны для создания трехмерных наносистем.
Нанооригами
Именно техника «нанооригами» должна помочь инженерам в создании нового типа электронных устройств, тем более, что первые успехи на этом пути уже имеются. Сотрудники Технологического Университета Массачусетса представили свое видение техники создания 3D-объектов: изначально при помощи традиционных технологий, например, литографии, формируется «развертка» будущего устройства, а затем, путем сгибания «лепестков» и создается готовые работоспособный прибор. В 2005 году сотрудники MIT представили общественности первый трехмерный конденсатор, конструкция которого предусматривала формирование единственного сгиба. Следующим этапом развития технологии стало изучение возможности формирования второго лепестка, расположенного перпендикулярно первому. В этом случае значительно повышается емкость устройства.
Нанооригами
Впрочем, главной проблемой, которая встает сегодня перед исследователями, является задача, как заставить материал изгибаться, причем на нужный угол и в нужном направлении. На данный момент рассматривается несколько вариантов: осаждение металла (в частности, хрома) на поверхность сгиба, что заставляет материал скручиваться, однако в этом случае трудно добиться нужного угла и правильной формы сгиба. Изгиб материала пучком ионов гелия – этот метод позволяет изгибать материал в нужном направлении, а угол сгиба можно регулировать, изменяя энергию ионов. Изгиб материала за счет формирования тончайших проволок из золота, на которые потом воздействуют внешним магнитным полем.
Что интересно, техника «нанооригами» работоспособна как в случае кремния, нитрида кремния (тип керамики), так и полимеров. Это делает ее применимой для работы с материалами с самыми различными физическими и электрическими свойствами, позволяя создавать микроприборы практически любого типа. Материалы по теме: - MIT разработала «трехмерный» 1-мегапиксельный сенсор;
- MIT: будущее термоядерной энергетики приблизилось ещё на дюйм;
- MIT: оптическая литография применима для 12-нм техпроцесса.

window-new
Soft
Hard
Тренды 🔥