Команда исследователей из США, Франции и Швейцарии использовала эффект домино, чтобы создать системы, которые быстро раскладываются после небольшого толчка и сохраняют стабильность после развертывания. О своей разработке ученые рассказали в статье, опубликованной в Proceedings of the National Academy of Sciences.

Если вы когда-либо открывали зонтик или устанавливали складной стул, вы использовали развертываемую структуру. Их главная особенность в легком переходе из компактного сложенного состояния в развернутое и более объемное. Обычно такие структуры имеют сложные механизмы, которые не всегда работают так, как надо.

«Сегодня мультистабильные структуры используются в различных областях, включая медицинские устройства, мягкие роботы, перестраиваемые структуры и развертываемые солнечные панели для аэрокосмической промышленности, — рассказывает ведущий автор статьи, аспирант Школы инженерных и прикладных наук Гарвардского университета Ахмад Зарей. — Обычно для развертывания этих структур приходится прибегать к сложным процессам и ненадежным механизмам. Мы использовали эффект домино, чтобы решить все эти проблемы».

Пример развертывания мультистабильных структур по принципу домино Bertoldi Lab/Havard SEAS

Ученые сосредоточились на простой системе из нескольких механических суставов, соединенных жесткими стержнями. Они впервые показали, что при тщательном проектировании связей между звеньями среди них могут распространяться волны, которые превращают свернутую конфигурацию в развернутую. Затем, используя эти строительные блоки, исследовательская группа разработала развертываемый купол, который переходил в конечное состояние после одного легкого нажатия.

Этот эффект основан на передаче энергии от одного соседа к другому по цепочке. Придав с помощью толчка механическую энергию элементу начала цепи, больше ничего не требуется: энергия передается по всей структуре, переводя каждую составляющую из состояния с низкой энергией в состояние с более высокой и заставляя ее раскрыться.

Исследователи разработали материалы, в которых такие волны двигались горизонтально, вертикально, диагонально, по кругу и даже извивались взад и вперед как змея. По словам авторов, их работа открывает путь для контроля деформаций внутри материала в нужных местах и с нужной скоростью.