"Blade Runner", "Con Air", "Heavy Rain" - kisa reprezantan kilti popilè sa yo genyen an komen? Tout, nan yon degre oswa yon lòt, prezante ansyen atizay Japonè nan pliye papye - origami. Nan sinema, jwèt ak nan lavi reyèl, origami souvan itilize kòm yon senbòl santiman sèten, kèk souvni oswa yon mesaj inik. Sa a se plis nan yon eleman emosyonèl nan origami, men nan yon pwen de vi syantifik, anpil aspè enteresan ki soti nan yon varyete zòn yo kache nan figi papye: jeyometri, matematik ak menm mekanik. Jodi a nou pral fè konesans ak yon etid nan ki syantis nan Enstiti Ameriken pou Fizik te kreye yon aparèy depo done pa pliye / dewoulman figi origami. Ki jan egzakteman yon kat memwa papye travay, ki prensip yo aplike nan li, ak konbyen done ka tankou yon aparèy magazen? Nou pral jwenn repons pou kesyon sa yo nan rapò syantis yo. Ale.
Rechèch baz
Li difisil pou di lè egzakteman origami soti. Men, nou konnen pou asire w ke pa pi bonè pase 105 AD. Li te nan ane sa a ke Cai Lun envante papye nan peyi Lachin. Natirèlman, anvan moman sa a, papye te deja egziste, men li pa te fè soti nan bwa, men nan banbou oswa swa. Premye opsyon a pa t fasil, dezyèm lan te trè chè. Cai Lun te gen responsablite pou l vini ak yon nouvo resèt pou papye ki ta dwe lejè, bon mache ak fasil pou fè. Travay la se pa fasil, men Cai Lun tounen vin jwenn sous ki pi popilè nan enspirasyon - lanati. Pou yon tan long li obsève gèp, ki gen kay yo te fè nan bwa ak fib plant. Tsai Lun te fè anpil eksperyans kote li te itilize yon varyete materyèl pou papye nan lavni (jape pye bwa, sann e menm privye lapèch) melanje ak dlo. Mas la ki kapab lakòz te mete deyò nan yon fòm espesyal epi cheche nan solèy la. Rezilta a nan travay sa a kolosal te yon objè ki se prozaik pou moun modèn - papye.
An 2001, yo te louvri yon pak ki te rele Cai Lun nan vil Leiyang (Lachin).
Pwopagasyon papye nan lòt peyi pa t rive imedyatman; sèlman nan kòmansman 7yèm syèk la resèt li te rive nan Kore ak Japon, epi papye te rive nan Ewòp sèlman nan 11yèm-12yèm syèk yo.
Itilizasyon ki pi evidan nan papye se, nan kou, maniskri ak enprime. Sepandan, Japonè yo te jwenn yon itilizasyon pi elegant pou li - origami, i.e. pliye figi papye.
Yon levasyon kout nan mond lan nan origami ak jeni.
Gen yon gwo varyete opsyon origami, osi byen ke teknik yo pou fè yo: origami senp, kusudama (modilè), pliye mouye, origami modèl, kirigami, elatriye. ()
Soti nan pwen de vi nan syans, origami se yon metamateryèl mekanik, pwopriyete yo ki detèmine pa jeyometri li yo, epi yo pa pwopriyete yo nan materyèl la ki soti nan li se te fè. Li te demontre pou kèk tan ke estrikti versatile 3D deplwaye ak pwopriyete inik yo ka kreye lè l sèvi avèk repete modèl origami.
Imaj #1
Sou imaj la 1b montre yon egzanp yon estrikti konsa - yon souf deplwaye, ki te bati nan yon sèl fèy papye dapre dyagram nan 1a. Soti nan opsyon origami ki disponib yo, syantis yo te idantifye yon variant kote yon mozayik nan panno triyangilè ki idantik ranje nan simetri siklik, ke yo rekonèt kòm Kroesling origami, aplike.
Li enpòtan sonje ke estrikti ki baze sou origami vini nan de kalite: rijid ak ki pa rijid.
Origami rijid se yon estrikti ki genyen twa dimansyon kote sèlman pli ki genyen ant panno yo sibi deformation pandan dewoulman.
Yon egzanp remakab nan origami rijid se Miura-ori, ki itilize pou kreye metamateryèl mekanik ak rapò negatif Poisson a. Materyèl sa a gen yon pakèt aplikasyon: eksplorasyon espas, elektwonik deformable, misk atifisyèl ak, nan kou, reprogrammable metamateryèl mekanik.
Origami ki pa rijid yo se estrikti ki genyen twa dimansyon ki montre deformation elastik ki pa rijid nan panno ant pli pandan dewoulman.
Yon egzanp yon varyete origami sa a se modèl Kroesling ki te mansyone deja, ki te itilize avèk siksè pou kreye estrikti ki gen plizyè estabilite reglabl, rèd, deformation, ralantisman / redi, ak / oswa tou pre zewo rèd.
Rezilta rechèch
Enspire pa ansyen atizay, syantis yo te deside sèvi ak origami Kroesling pou devlope yon gwoup switch binè mekanik ki ka fòse yo chanje ant de diferan eta estatik lè l sèvi avèk yon sèl opinyon kontwole nan fòm lan nan yon eksitasyon Harmony aplike nan baz la nan switch la. .
Kòm wè soti nan 1b, Bellows yo fiks nan yon bout ak sibi yon chaj ekstèn nan direksyon x nan lòt bout gratis. Akòz sa a, li sibi devyasyon ak wotasyon similtane ansanm ak alantou aks x la. Enèji a akimile pandan deformation nan bellows yo lage lè chaj ekstèn lan retire, sa ki lakòz bellows yo retounen nan fòm orijinal li.
Senpleman mete, nou ap gade nan yon sous torsion ki gen pouvwa restorasyon depann sou fòm nan fonksyon enèji potansyèl bellows yo. Sa a nan vire depann de paramèt jeyometrik (a0, b0, γ0) nan triyang konpoze yo itilize pou konstwi bellows yo, osi byen ke kantite total (n) triyang sa yo (1a).
Pou yon konbinezon sèten nan paramèt konsepsyon jeyometrik, fonksyon enèji potansyèl bellows la gen yon sèl minimòm ki koresponn ak yon pwen ekilib ki estab. Pou lòt konbinezon, fonksyon enèji potansyèl la gen de minimòm ki koresponn ak de konfigirasyon souf estatik ki estab, yo chak asosye ak yon wotè ekilib diferan oswa, altènativman, defleksyon prentan (1s). Kalite prentan sa a souvan rele bistable (videyo anba a).
Sou imaj la 1d montre paramèt jeyometrik ki mennen nan fòmasyon yon sous dlo bistab ak paramèt ki mennen nan fòmasyon yon sous dlo monostab pou n=12.
Yon sous bistable ka sispann nan youn nan pozisyon ekilib li yo nan absans chaj ekstèn epi li ka aktive pou chanje ant yo lè kantite enèji ki apwopriye a disponib. Se pwopriyete sa a ki se baz etid sa a, ki egzamine kreyasyon switch mekanik Kroesling (KIMS soti nan Kresling-enspire switch mekanik) ak de eta binè.
An patikilye, jan yo montre nan 1c, switch la ka aktive nan tranzisyon ant de eta li yo pa bay ase enèji simonte baryè potansyèl la (∆E). Enèji a ka apwovizyone nan fòm lan nan aksyon ralanti kazi-estatik oswa lè w aplike yon siyal Harmony nan baz la nan switch la ak yon frekans eksitasyon tou pre frekans nan sonan lokal nan switch la nan divès eta ekilib li yo. Nan etid sa a, li te deside sèvi ak dezyèm opsyon an, depi operasyon sonan Harmony se siperyè operasyon kazi-estatik nan kèk respè.
Premyèman, aksyon sonan mande mwens fòs pou chanje epi li jeneralman pi vit. Dezyèmman, chanjman sonan se ensansib nan twoub ekstèn ki pa rezonans ak switch la nan eta lokal li yo. Twazyèmman, depi fonksyon potansyèl switch la anjeneral asimetri ki gen rapò ak pwen ekilib enstab U0 a, karakteristik eksitasyon Harmony ki nesesè pou chanje soti nan S0 a S1 yo anjeneral diferan de sa ki nesesè pou chanje soti nan S1 a S0, ki mennen nan posibilite pou eksitasyon-selektif chanjman binè .
Konfigirasyon KIMS sa a se ideyal pou kreye yon tablo memwa mekanik milti-bit lè l sèvi avèk switch binè miltip ak karakteristik diferan mete sou yon sèl platfòm Harmony kondwi. Kreyasyon yon aparèy konsa se akòz sansiblite fòm nan fonksyon enèji potansyèl switch la nan chanjman nan paramèt jeyometrik panno prensipal yo (NAN).
Kontinwe, plizyè KIMS ki gen diferan karakteristik konsepsyon ka mete sou menm platfòm la ak eksite pou tranzisyon soti nan yon eta a yon lòt, endividyèlman oswa nan konbinezon lè l sèvi avèk diferan seri paramèt eksitasyon.
Nan etap nan tès pratik, yo te kreye yon switch soti nan papye ak yon dansite 180 g / m2 ak paramèt jewometrik: γ0 = 26.5 °; b0/a0 = 1.68; a0 = 40 mm ak n = 12. Sa yo se paramèt yo, jije pa kalkil yo (1d), ak mennen nan sezon prentan an ki kapab lakòz ke yo te bistabl. Kalkil yo te fèt lè l sèvi avèk yon modèl senplifye nan bastengal la axial (estrikti baton) nan bellows yo.
Sèvi ak yon lazè, yo te fè liy detache sou yon moso papye (1a), ki se kote plisman. Lè sa a, pli yo te fè sou bor yo b0 (koube deyò) ak γ0 (koube anndan), ak bor yo nan pwent yo byen lwen yo te byen sere ansanm. Sifas anwo ak anba switch la te ranfòse ak poligòn Acrylic.
Koub fòs retabli switch la te jwenn eksperimantal atravè tès konpresyon ak rupture ki fèt sou yon machin tès inivèsèl ak yon konfigirasyon espesyal ki pèmèt baz la vire pandan tès yo (1f).
Fini yo nan poligòn switch Acrylic yo te fiks rijid, epi yo te aplike yon deplasman kontwole nan poligòn an tèt la nan yon vitès mete nan 0.1 mm / s. Deplasman tensile ak konpresiv yo te aplike siklik epi limite a sa sèlman 13 mm. Jis anvan tès aktyèl la nan aparèy la, switch la ajiste pa fè dis sik chaj sa yo anvan yo anrejistre fòs la restorasyon lè l sèvi avèk yon selil chaj 50N. Sou 1g montre koub fòs restorasyon switch la jwenn eksperimantal.
Apre sa, pa entegre fòs restorasyon mwayèn switch la sou seri a fonksyone, fonksyon enèji potansyèl la (1h). Minim nan fonksyon enèji potansyèl la reprezante ekilib estatik ki asosye ak de eta switch (S0 ak S1). Pou konfigirasyon patikilye sa a, S0 ak S1 rive nan wotè deplwaman u = 48 mm ak 58.5 mm, respektivman. Fonksyon enèji potansyèl la klèman asimetri ak diferan baryè enèji ∆E0 nan pwen S0 ak ∆E1 nan pwen S1.
Bouton yo te mete sou yon Shaker elektwodinamik, ki bay eksitasyon kontwole nan baz la nan direksyon axial. An repons a eksitasyon, sifas anlè switch la osile nan yon direksyon vètikal. Pozisyon sifas anwo switch la anrapò ak baz la te mezire lè l sèvi avèk yon vibromèt lazè (2a).
Imaj #2
Li te jwenn ke frekans sonan lokal switch la pou de eta li yo se 11.8 Hz pou S0 ak 9.7 Hz pou S1. Pou kòmanse yon tranzisyon ant de eta, se sa ki, yon sòti nan potansyèl byen*, yo te fè yon trè dousman (0.05 Hz / s) bale frekans lineyè bidireksyon alantou frekans yo idantifye ak yon akselerasyon baz nan 13 ms-2. Espesyalman, KIMS la te okòmansman pozisyone nan S0 ak bale frekans ogmante a te inisye nan 6 Hz.
Potansyèl byen* - rejyon kote gen yon minimòm lokal enèji potansyèl patikil la.
Kòm wè sou 2bLè frekans kondwi a rive nan apeprè 7.8 Hz, switch la kite potansyèl S0 a byen epi antre nan potansyèl S1 byen. Chanjman an kontinye rete nan S1 kòm frekans lan ogmante pi lwen.
Lè sa a, switch la te mete nan S0 ankò, men fwa sa a te desann la te inisye nan 16 Hz. Nan ka sa a, lè frekans lan apwoche 8.8 Hz, switch la kite S0 epi antre epi rete nan pi potansyèl S1 la.
Eta S0 gen yon gwoup aktivasyon 1 Hz [7.8, 8.8] ak yon akselerasyon 13 ms-2, ak S1 - 6...7.7 Hz (2s). Li swiv ke KIMS ka oaza chanje ant de eta pa eksitasyon Harmony nan yon baz ki gen menm grandè men frekans diferan.
Bandwidth chanjman nan yon KIMS gen yon depandans konplèks sou fòm nan fonksyon enèji potansyèl li yo, karakteristik tranpaj, ak paramèt eksitasyon Harmony (frekans ak grandè). Anplis de sa, akòz konpòtman an ralantisman ki pa lineyè nan switch la, Pleasant deklanchman an pa nesesèman gen ladan frekans nan sonorite lineyè. Se poutèt sa, li enpòtan pou kat deklanchman switch la kreye pou chak KIMS endividyèlman. Yo itilize kat sa a pou karakterize frekans ak mayitid eksitasyon ki lakòz chanje soti nan yon eta ale nan yon lòt ak vis vèrsa.
Yon kat sa a ka kreye eksperimantal pa bale frekans nan diferan nivo eksitasyon, men pwosesis sa a se trè travay-entansif. Se poutèt sa, syantis yo te deside nan etap sa a pou yo avanse sou modèl switch la, lè l sèvi avèk fonksyon enèji potansyèl yo detèmine pandan eksperyans yo (1h).
Modèl la sipoze konpòtman dinamik switch la ka byen apwoksimasyon pa dinamik yon osilateur Helmholtz-Duffing asimetri bistable, ekwasyon mouvman an ka eksprime jan sa a:
kote u - devyasyon nan figi mobil poligòn Acrylic la parapò ak yon sèl fiks; m - mas efikas nan switch la; c — koyefisyan tranpaj gluan detèmine eksperimantal; ais—koyefisyan fòs restore bistab; ab ak Ω se grandè baz ak frekans akselerasyon.
Travay prensipal simulasyon an se sèvi ak fòmil sa a pou etabli konbinezon ab ak Ω ki pèmèt chanje ant de eta diferan.
Syantis yo note ke frekans eksitasyon kritik kote yon osilateur bistable tranzisyon soti nan yon eta a yon lòt ka apwoksimatif pa de frekans. bifurcation*: peryòd double bifurcation (PD) ak siklik pliye bifurcation (CF).
Bifurcation* - yon chanjman kalitatif nan sistèm nan pa chanje paramèt yo sou ki li depann.
Sèvi ak apwoksimasyon an, koub repons frekans nan KIMS yo te konstwi nan de eta li yo. Sou tablo a NAN montre koub repons frekans switch la nan S0 pou de nivo akselerasyon baz diferan.
Nan yon akselerasyon baz 5 ms-2, koub anplitid-frekans la montre yon ti ralantisman, men pa gen enstabilite oswa bifurcations. Kidonk, switch la rete nan eta a S0 kèlkeswa jan frekans lan chanje.
Sepandan, lè akselerasyon baz la ogmante a 13 ms-2, estabilite diminye akòz bifurcation PD kòm frekans kondwi a diminye.
Sèvi ak menm konplo a, yo te jwenn koub repons frekans nan switch la nan S1 (2f). Nan yon akselerasyon 5 ms-2, modèl obsève a rete menm jan an. Sepandan, kòm akselerasyon baz la ogmante a 10ms-2 PD ak CF bifurcations parèt. Eksitan switch la nan nenpòt frekans ant de bifurcations sa yo rezilta nan yon switch soti nan S1 a S0.
Done simulation yo sijere ke gen gwo rejyon nan kat aktivasyon an kote chak eta ka aktive nan yon fason inik. Sa a pèmèt ou oaza chanje ant de eta depann sou frekans ak grandè deklanche a. Li ka wè tou ke gen yon zòn kote tou de eta yo ka chanje ansanm.
Imaj #3
Yon konbinezon de plizyè KIMS ka itilize pou kreye yon memwa mekanik plizyè Bits. Lè yo varye jeyometri switch la pou fòm nan fonksyon enèji potansyèl nenpòt de switch ase diferan, li posib pou konsepsyon Pleasant deklanchman switch yo pou yo pa sipèpoze. Akòz sa a, chak switch pral gen paramèt eksitasyon inik.
Pou demontre teknik sa a, yo te kreye yon tablo 2-bit ki baze sou de switch ki gen diferan karakteristik potansyèl (3a): ti jan 1 - γ0 = 28°; b0/a0 = 1.5; a0 = 40 mm ak n = 12; ti jan 2 - γ0 = 27°; b0/a0 = 1.7; a0 = 40 mm ak n = 12.
Depi chak bit gen de eta, yon total de kat diferan eta S00, S01, S10 ak S11 ka reyalize (3b). Nimewo apre S yo endike valè switch gòch (bit 1) ak dwa (bit 2).
Konpòtman yon switch 2-bit montre nan videyo ki anba a:
Ki baze sou aparèy sa a, ou ka tou kreye yon gwoup switch, ki ka baz la nan tablo memwa mekanik milti-bit.
Pou yon konesans pi detaye ak nuans etid la, mwen rekòmande gade и pou li.
Épilogue
Li se fasil ke nenpòt nan kreyatè yo nan origami ta ka imajine ki jan kreyasyon yo ta dwe itilize nan mond lan modèn. Sou yon bò, sa a endike yon gwo kantite eleman konplèks kache nan figi papye òdinè; an lòt men an, ke syans modèn se kapab sèvi ak eleman sa yo kreye yon bagay konplètman nouvo.
Nan travay sa a, syantis yo te kapab sèvi ak jeyometri origami Kroesling pou kreye yon senp switch mekanik ki ka nan de eta diferan, tou depann de paramèt opinyon yo. Sa a ka konpare ak 0 ak 1, ki se inite klasik enfòmasyon yo.
Aparèy ki kapab lakòz yo te konbine nan yon sistèm memwa mekanik ki kapab estoke 2 Bits. Lè w konnen ke yon lèt pran 8 bit (1 byte), kesyon an rive: konbyen origami ki sanble yo pral bezwen pou ekri "Lagè ak lapè," pou egzanp.
Syantis yo byen okouran de dout nan devlopman yo ka lakòz. Sepandan, dapre yo, rechèch sa a se eksplorasyon nan domèn memwa mekanik. Anplis de sa, origami yo itilize nan eksperyans yo pa ta dwe gwo; dimansyon yo ka siyifikativman redwi san yo pa konpwomèt pwopriyete yo.
Kèlkeswa sa, travay sa a pa ka rele òdinè, ordinèr oswa raz. Syans pa toujou itilize pou devlope yon bagay espesifik, ak syantis pa toujou okòmansman konnen ki sa egzakteman yo ap kreye. Apre yo tout, pifò envansyon ak dekouvèt se te rezilta yon kesyon senp - e si?
Mèsi paske w gade, rete kirye epi pase yon bon wikenn tout moun! 🙂
Yon ti piblisite
Mèsi paske w rete avèk nou. Ou renmen atik nou yo? Vle wè plis kontni enteresan? Sipòte nou pa mete yon lòd oswa rekòmande pou zanmi, , yon analogue inik nan sèvè nivo antre, ki te envante pa nou pou ou: (disponib ak RAID1 ak RAID10, jiska 24 nwayo ak jiska 40GB DDR4).
Dell R730xd 2 fwa pi bon mache nan sant done Equinix Tier IV nan Amstèdam? Sèlman isit la nan Netherlands! Dell R420 - 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB - soti nan $ 99! Li sou
Sous: www.habr.com