新軟件加速了折紙結構設計

佐治亞理工學院的研究人員開發(fā)了一種新的計算機輔助方法，簡化了基于折紙的結構的設計過程，使工程師和科學家更容易以圖形方式概念化新思想，同時生成構建結構所需的基礎數(shù)學數(shù)據(jù)。現(xiàn)實中。

近年來折紙紙折疊技術一直是研究工作的核心，其重點是尋找古代藝術的實際工程應用，其想法從可展開的天線到機器人臂。

喬治亞理工學院土木與環(huán)境工程學院的教授格勞西奧·保利諾說：“我們的工作提供了一種計算方法來預測設計的真實折紙行為 - 迄今為止還不容易做到的事情。” “借助新軟件，我們可以輕松地實現(xiàn)可視化，最重要的是，可以設計可部署，自組裝和適應性折紙系統(tǒng)的行為。”

該研究得到了美國國家科學基金會的支持，并于10月11日在“ 皇家學會會刊”上發(fā)表 ，它涉及建立一個計算機模型，以模擬折疊紙的兩個方面之間的相互作用，包括如何輕松地和多遠地折疊會彎曲，平面在運動過程中會變形多少。

一旦所有部分連接在一起并以數(shù)字方式表示一塊折紙，模型就可以模擬結構的行為，基于什么類型的材料 - 從軟紙到硬塑料或金屬 - 將用于創(chuàng)建對象。

“這種類型的建模已經(jīng)可以使用有限元分析，但這是一個耗時的過程，可能需要數(shù)小時或數(shù)天才能提供大量不必要的數(shù)據(jù)，”喬治亞理工學院研究生Ke Liu說道。 。“我們的新流程更快，并為我們提供了折紙如何運作的基礎數(shù)據(jù)。”

該軟件稱為MERLIN，允許研究人員模擬折紙結構如何從不同角度響應壓縮力 - 一次一個或同時幾個。然后，研究人員可以快速調整所用材料類型的參數(shù)，或從壓縮的角度調整，以了解這將如何改變工件的行為。

對于他們的一個模擬，研究人員重新創(chuàng)建了一個可折疊的葡萄酒瓶禮品袋，使用圓柱形殼折紙稱為Kresling圖案。當結構的頂部被壓縮到閾值點時，袋的各部分在多個階段中自身塌陷。

“該軟件還允許我們查看能量存儲在結構中的位置，更好地了解和預測物體如何彎曲，扭曲和折斷，”Paulino說。

Paulino和他的團隊最近設計了一種折紙結構，能夠重新配置成折疊成不同的形狀。目標是為最終可以重新配置的結構奠定基礎，例如可以改變其形狀并以不同頻率運行的天線。

“通過這種新的設計方法，我們能夠深入了解設計的每一次迭代，這將指導我們的設計選擇，并最終為我們提供更多調整這些結構的能力，”Paulino說。

該軟件將免費提供給其他研究人員使用，并將用作佐治亞理工學院本科學生的教育工具。