强化扁平包装管借鉴了折纸和竹杆结构的超高强度

2024年10月05日 21:32 次阅读 稿源:cnBeta.COM 条评论

不,这些红色的东西不是品客薯片--它们是受生物启发的圆盘,能增强扁平包装管的强度。折叠成扁平状以便储存的管状结构可能不会占用太多空间,但在展开时也往往不是很结实。 而一种实验性的新型管状结构却不存在这个问题,它的灵感来源于折纸和竹子。

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首先,扁平包装管早已经存在。它们被用于弹出式应急避难所、医疗植入物,甚至从外太空太阳能电池阵列上展开的吊杆。 在所有情况下,它们都能保持低矮、节省空间的外形,直到部署到需要的地方。

遗憾的是,由于这种管材通常有两条横向的折线,因此强度不如传统的非扁平包装管材。 这意味着,如果将它们用于承重结构等,它们更容易在压力下弯曲。

这就是新型"弧形皱褶折纸"管设计的用武之地。

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首席科学家 Mike Xie 教授(左)和 Jeff Lee 博士(右) 威尔-赖特,皇家墨尔本理工大学

该技术由澳大利亚皇家墨尔本理工大学(RMIT University)的一个研究小组开发,仍然使用可折叠成扁平状的聚合物管,但这些管子并不是完全空心的。 相反,每根管子内部都有一排激光切割的聚乙烯圆盘。 这些圆盘的内部结构使它们具有双稳态性,也就是说,它们可以处于两种状态中的任何一种。

当管子被压平时,其内部的圆盘也同样处于扁平状态。 然而,在管子折线的两侧施加压力,会使圆盘弹出,变成弯曲状态,从而将管子内壁压出。

现在,它们不仅能将管子完全撑圆并撑开,还能锁住管子,使其保持原样,竹杆也有着类似的内部结构。

在一次技术演示中,科学家们搭建了一个 800 x 520 毫米(31.5 x 20.5 英寸)的平台,由四根并排排列的管子和一块薄板组成。 尽管平台仅重 1.3 千克(2.9 磅),但其强度足以支撑一个体重 75 千克(165 磅)的人,即使像桥梁一样悬挂起来也不会变形。

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Jeff(Ting-Uei)Lee博士与其中一根扁平的管子 威尔-赖特,皇家墨尔本理工大学

"我们的研究不仅为创新和多功能结构设计开辟了新的可能性,而且还能显著改善现有的可部署系统,"与 Jeff(Ting-Uei)Lee 博士共同领导这项研究的 Mike(Yi Min)Xie 教授说。

科学家们现在计划对不同的管子形状和材料以及不同的力应用(如弯曲或扭转动作)进行实验。

有关这项研究的论文最近发表在《PNAS》杂志上。

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