Dolar 9,3218
Euro 10,8357
Altın 529,53
BİST 1.418
Adana Adıyaman Afyon Ağrı Aksaray Amasya Ankara Antalya Ardahan Artvin Aydın Balıkesir Bartın Batman Bayburt Bilecik Bingöl Bitlis Bolu Burdur Bursa Çanakkale Çankırı Çorum Denizli Diyarbakır Düzce Edirne Elazığ Erzincan Erzurum Eskişehir Gaziantep Giresun Gümüşhane Hakkari Hatay Iğdır Isparta İstanbul İzmir K.Maraş Karabük Karaman Kars Kastamonu Kayseri Kırıkkale Kırklareli Kırşehir Kilis Kocaeli Konya Kütahya Malatya Manisa Mardin Mersin Muğla Muş Nevşehir Niğde Ordu Osmaniye Rize Sakarya Samsun Siirt Sinop Sivas Şanlıurfa Şırnak Tekirdağ Tokat Trabzon Tunceli Uşak Van Yalova Yozgat Zonguldak
İstanbul 16 °C
Sağanak Yağışlı

Bigon Yüzükler: Dantel Yapımından Esinlenen Teknik Bir Gün Uzayda Yapıları Örebilir

11.07.2021
25
Bigon Yüzükler: Dantel Yapımından Esinlenen Teknik Bir Gün Uzayda Yapıları Örebilir

Bigon Rings: Araştırmacılar, esnek malzemeden ince şeritlerden oluşturulan birçok formun altında yatan matematiği tanımladılar. Teknikler, koşullar değiştikçe performansı artırmak için şekil değiştiren malzemelerin oluşturulmasına yardımcı olabilir. Kredi: Neil Adelantar tarafından İllüstrasyon

Lauren Dreier, Alman mimar Gottfried Semper’in 19. yüzyıldan kalma bir kitabını okurken dantelden ilham alan bazı ilginç desenleri fark etti. Teknolojiyi çalışmalarına sıklıkla dahil eden profesyonel bir sanatçı ve tasarımcı, aynı zamanda Princeton Üniversitesi Mimarlık Okulu’nda doktora öğrencisi olan Dreier, basılı illüstrasyonları 3D olarak yeniden yaratmaya karar verdi.

Stüdyosunda denediği şerit benzeri plastik malzemeyi yakaladı, yarı sert şeritleri büküp birleştirdi. Dreier’i şaşırtan bir şekilde, inşa ettiği yapı dört ayrı tepe ve vadiden oluşan engebeli bir geometriye sahipti. Dreier, “Bir kubbe yapacağını düşünmüştüm ama bu alışılmadık bir şekildi,” dedi. Bu beklenmedik bükülmeye neyin sebep olduğunu merak ederek Princeton İnşaat ve Çevre Mühendisliği Bölümü’nde doçent olan Sigrid Adriaenssens’e ulaştı. Adriaenssens de açıklayamadı ama o da meraklandı. Garip yapısal mekaniğin arkasında ne olduğunu bulmak için ortak bir araştırma önerdi.

Esnek Şeritlerden Şekiller

Araştırmacılar esnek şeritler kullanarak yapılar oluşturdular. Kredi: Princeton Üniversitesi

Dreier’in keşfi, araştırmacıların bigon halkası olarak adlandırdığı yeniden yapılandırılabilir bir yapının yaratılmasına yol açtı. Ekip, yapının desenlerinin özel tasarımını değiştirerek, farklı döngü davranışlarından kaynaklanan çoklu geometriler üretebildi. Journal of the Mechanics and Physics of Solids’deki bulguları açıklayan bir makaleye göre, keşfin arkasındaki sayısal çerçeve, ister iplik, ister bambu veya plastikten yapılmış olsun, herhangi bir genel elastik çubuk ağına uygulanabilir. Ayrıca uzay aracından giyilebilir teknolojiye kadar değişen koşullar altında performansı artırmak için şekil değiştirebilen yeni ürün ve teknolojilerin yaratılmasına da yol açabilir.

Adriaenssens, “Bağlamadaki desenlerden ilham alarak, bunu daha önce kimsenin yapmadığını söyleyebiliriz” dedi. “Bu davranışlardan bazıları çok beklenmedikti ve sadece açıyı veya genişliği ayarlayarak tamamen farklı bir davranış elde edersiniz.”

Bu gözlemlerin arkasındaki fiziği araştırmak için Dreier, Adriaenssens’in laboratuvarında doktora sonrası araştırmacı olan Tian Yu da dahil olmak üzere birkaç işbirlikçiyle yakın çalıştı. Yu, “İlk kez bir sanatçıyla çalışıyorum ve dantelden ilham alan bir projede çalışmayı hiç beklemiyordum” dedi. “Bu projenin mekanik kısmı beni büyüledi.”

Birlikte bükülmüş yumuşak iplikler kullanan geleneksel dantel yapımcılarının aksine, araştırmacılar kreasyonlarını gevşek, ilmekli oluşumlar halinde düzenlediler. Dreier, “Her şey düğümler arasında fazla boşluk yaratmakla ilgili” dedi. Ekip, başlangıçta düz olan iki şeridin uçlarını belirli bir açıyla sabitleyerek göz veya badem benzeri formlar oluşturarak bigon adı verilen kapalı yapılar yaparak işe başladı. 1990’lardaki metal saç tokalarına benzer şekilde, bigonlar, hafif basınç uygulandığında yapıların geçiş yapabileceği iki farklı sabit şekil veya iki farklı sabit şekil sergiledi.

Oradan, araştırmacılar birden fazla bigon’u bir zincire ve ardından uçlarını birleştirerek bir döngüye yerleştirdi. Bistabil bigonlar birlikte çok sayıda olası geometri oluşturabilecek genel bir yapı oluşturdular. Yapılar çok kararlıydı, yani her biri diğerlerinden bağımsız olarak kararlı olabilen bir koleksiyon formlarından oluşuyordu. Bu yeni formlar olarak adlandırdıkları Bigon halkaları, bazen şerit testere bıçağına benzer bir kıvrılma davranışı sergileyerek kendi üzerlerine geri dönüyordu. Ancak, bigonları oluşturan şeritlerin kesişme açısını ve en boy oranını ayarlayarak ve halkayı oluşturan bigonların sayısını değiştirerek davranışları da ayarlanabilir.

Esnek Şeritlerden Katlanır Şekiller

Araştırmacılar esnek şeritleri katlayarak farklı yapılar oluşturdular. Kredi: Princeton Üniversitesi

Dreier bu yapıları inşa etmeye çalışırken, Yu, kuvvetler ve yer değiştirmelerle yüklendiğinde ince, elastik bir çubuğun nasıl davrandığına ilişkin Kirchhoff çubuk denklemlerini kullanarak onlara özgü sayısal bir model oluşturdu. Araştırmacılar, Dreier’in fiziksel yaratımlarından ölçümler alarak ve sonuçları karşılaştırarak modelin doğruluğunu teyit edebildiler. Hesaplamalı model ayrıca bigonların veya bigon ringlerin teorik olarak alabileceği farklı konfigürasyonları tanımlamayı mümkün kıldı. Araştırmacılar daha sonra bu matematiksel tahminleri fiziksel modeller aracılığıyla test ederek hangi dengelerin kararlı, hangilerinin olmadığını gördüler. Dreier, “Tian’dan verilerin derinliklerine inen ve ‘Falanca açıyla altı büyük halka yaparsanız ne olur?’ diyen çok fazla ileri geri geldi.” dedi Dreier.

Ekip sonunda çok kararlı davranışı yakalayan ve araştırmacıların genel geçmeli elastik ağların mekaniğini inceleyen diğer çalışmalara uygulanabileceğini söyleyen yeni bir sayısal model üretti.

Esnek Şeritlerden Şekiller Oluşturma

Araştırmacılar esnek şeritler kullanarak yapılar oluşturdular. Kredi: Princeton Üniversitesi

Gelecekteki çalışmalarda ekip, bigon tabanlı yapıların oluşturabileceği birçok şekil ve belirli hedef şekillerin en iyi nasıl elde edileceği konusunda daha kapsamlı bir araştırma yapmayı planlıyor. Sonunda, bulguları, mümkün olduğunca az yer kaplamak için paketlenmesi gereken, ancak paketlendiğinde çok daha büyük bir form alan malzemeler için yeni tasarımlara yol açabilir. Adriaenssens, “Örneğin, uzaya giden malzemeler ve yapılar bir demet halinde katlanmalı, bir rokete yerleştirilmeli ve daha sonra mümkün olduğu kadar büyük bir boyuta genişletilmelidir.” Dedi. “Bu parametre kombinasyonlarından bazıları bunu yapıyor.”

Diğer potansiyel gerçek dünya uygulamaları, yeni yumuşak robotik kollar, oyuncaklar ve giyilebilir teknolojiyi içerir. İkincisi, örneğin, birinin kolunu belirli bir pozisyonda desteklemek için sertleşen ve diğerlerinde gevşeyen özel tekstiller içerebilir. Adriaenssens, “Bir şeyleri sarabilir veya saramaz, sertleşebilir veya sertleşmeyebilir” dedi. “Birçok işlevi olabilir.”

Çalışmanın pratik uygulamalarına ek olarak proje, sanatçılar ve mühendisler arasındaki disiplinler arası işbirliğinin büyük ölçüde kullanılmayan değerini de gösteriyor. Sanat, bilimsel düşünce alanının dışında işleyen sezgi ve duygular tarafından yönlendirilme eğilimindeyken, “bazı ilginç fenomenlerin keşfedilmesine yol açabilir” dedi Dreier. “Bu farklı dünyaların çok alakalı bir şekilde bir araya gelebileceği için gerçekten heyecanlandım.”

Referans: Tian Yu, Lauren Dreier, Francesco Marmo, Stefano Gabriele, Stefana Parascho ve SigridAdriaenssens, “Bigons ve bigon halkalarında statik denge ve çatallanmaların sayısal modellemesi”, 24 Nisan 2021, Katıların Mekaniği ve Fiziği Dergisi.
DOI: 10.1016 / j.jmps.2021.104459

Adriaenssens, Dreier ve Yu’nun yanı sıra, ortak yazarlar arasında Princeton Mimarlık Okulu’ndan Stefana Parascho; Roma Tre Üniversitesi’nden Stefano Gabriele; Francesco Marmo, Napoli Federico II Üniversitesi’nden. Projeye destek kısmen Princeton Mühendislik ve Uygulamalı Bilimler Projesi X Projesi Fonu, Princeton Üniversitesi Yenilik için Magic Grants ve Uluslararası Eğitim ve Araştırma Konseyi tarafından sağlandı.

.

Gelişmelerden zamanında haberdar olmak için Google News’te Bilim Portal’a ABONE OLUN

ZİYARETÇİ YORUMLARI - 0 YORUM

Henüz yorum yapılmamış.