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受折纸启发的全新设计,将推变为拉

华盛顿大学的研究人员开发了一系列纸质单元,利用折纸折叠来吸收冲击力。

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受折纸启发的超材料图片来源:Kiyomi Taguchi/华盛顿大学

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无论是应用于汽车碰撞还是火箭着陆,吸收冲击能量都是一项有价值的特性,多年来各行业一直在研究各种解决方案。对于航天器来说,安全着陆需要从充气气囊系统到空中起重机再到反推火箭等各种技术。但如果冲击力根本没有传递到航天器上呢?

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这正是华盛顿大学的 Yasuda 弘美和同事们正在追求的想法。他们正在使用受折纸启发的折叠材料,不仅可以吸收冲击力,还可以将其转化为向相反方向传递的力。虽然原型是用纸制成的,但研究人员表示,可以使用许多不同的材料,这可能会改变未来火箭的着陆方式。

研究人员周四在科学进展上发表了他们的研究结果。

折叠掉冲击力

Yasuda 的团队设计了一种独特的单元,它可以扭曲和折叠,吸收冲击力。然后,他们将 20 个单元连接成一列,并在每个单元上粘上盖子。(在更传统的折纸艺术中通常不鼓励使用胶水,但在工程实验室中,这显然是可以接受的。)该团队拍摄了成品从一端压缩时的图像,显示压缩波穿过每个单元。

通过追踪波的传播,研究人员发现,堆叠在一起的复杂折叠阵列实际上成功地将压缩产生的推力转化为拉力。

该论文的合著者 Jinkyu Yang 说:“如果你戴着用这种材料制成的橄榄球头盔,并且有东西撞击了头盔,你永远不会感觉到头部受到撞击。当能量到达你时,它不再是推力,而是拉力。”

这种材料的应用几乎是无限的。今天,月球着陆器必须依靠反推火箭,这增加了燃料有效载荷。SpaceX 的 Falcon 9 助推器已经使用类似的技术,在其着陆齿轮中使用了由铝蜂窝结构制成的“粉碎核心”,可以吸收冲击能量。但是,与这些粉碎核心不同,这种设计很可能是可重复使用的。潜在的好处不仅限于太空,还扩展到汽车行业等。

如果任何学龄儿童试图从建筑物上掉落鸡蛋,他们不妨尝试一下折纸。

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