"Blade Runner", "Con Air", "Hujan Berat" - naon anu umumna wawakil budaya populér ieu? Sadayana, dina hiji gelar atanapi anu sanés, gaduh seni Jepang kuno ngalipet kertas - origami. Dina pilem, kaulinan sareng dina kahirupan nyata, origami sering dianggo salaku simbol parasaan anu tangtu, sababaraha kenangan atanapi pesen anu unik. Ieu leuwih ti hiji komponén emosi origami, tapi tina sudut pandang ilmiah, loba aspék metot ti rupa-rupa wewengkon disumputkeun dina inohong kertas: géométri, matématika komo mékanika. Dinten ieu kami bakal ngenalkeun hiji kajian dimana para ilmuwan ti American Institute of Physics nyiptakeun alat panyimpen data ku cara ngalipetkeun / ngabuka inohong origami. Kumaha persisna kartu mémori kertas tiasa dianggo, prinsip naon anu dilaksanakeun di jerona, sareng sabaraha data anu tiasa nyimpen alat sapertos kitu? Urang bakal mendakan jawaban kana patarosan ieu dina laporan para ilmuwan. indit.
Dasar panalungtikan
Hese nyebutkeun iraha persisna origami asalna. Tapi urang terang pasti yén henteu langkung awal ti 105 Masehi. Dina taun ieu Cai Lun nimukeun kertas di Cina. Tangtu, saméméh moment ieu, kertas geus aya, tapi teu dijieun tina kai, tapi tina awi atawa sutra. Pilihan kahiji henteu gampang, sareng anu kadua mahal pisan. Cai Lun ditugaskeun ngadamel resep anyar pikeun kertas anu hampang, murah sareng gampang didamel. Tugasna henteu gampang, tapi Cai Lun tos ka sumber inspirasi anu paling populér - alam. Lila-lila manéhna niténan tawon, nu imahna dijieun tina kai jeung serat tutuwuhan. Tsai Lun ngalaksanakeun seueur percobaan dimana anjeunna ngagunakeun rupa-rupa bahan pikeun kertas masa depan (kulit tangkal, lebu bahkan jaring fishing) dicampur sareng cai. Massa anu hasilna disimpen dina bentuk khusus sareng garing di panonpoé. Hasil karya kolosal ieu mangrupa obyék anu prosaic pikeun manusa modern - kertas.
Taun 2001, taman anu dingaranan Cai Lun dibuka di kota Leiyang (Cina).
Panyebaran kertas ka nagara-nagara sanés henteu langsung lumangsung; ngan dina awal abad ka-XNUMX resepna dugi ka Korea sareng Jepang, sareng kertas dugi ka Éropa ngan ukur dina abad ka-XNUMX-XNUMX.
Pamakéan kertas anu paling atra nyaéta, tangtosna, naskah sareng percetakan. Nanging, urang Jepang mendakan panggunaan anu langkung elegan pikeun éta - origami, i.e. inohong kertas tilepan.
Wisata pondok kana dunya origami sareng rékayasa.
Aya rupa-rupa pilihan origami, kitu ogé téhnik nyieunna: origami basajan, kusudama (modular), tilepan baseuh, origami pola, kirigami, jsb. ()
Tina sudut pandang ilmiah, origami nyaéta métamaterial mékanis anu sipatna ditangtukeun ku géométrina, sanés ku sipat bahan ti mana éta dijieun. Parantos lami parantos nunjukkeun yén struktur deployable XNUMXD anu serbaguna sareng sipat unik tiasa didamel nganggo pola origami anu diulang.
Gambar #1
Dina gambar 1b nembongkeun conto struktur sapertos - a bellows deployable, diwangun tina hiji lambar kertas nurutkeun diagram on 1a. Tina pilihan origami nu aya, para ilmuwan geus ngaidentifikasi varian nu hiji mosaic tina panels triangular idéntik disusun dina simetri siklik, katelah origami Kroesling, dilaksanakeun.
Kadé dicatet yén struktur dumasar origami datangna dina dua jenis: kaku jeung non-kaku.
Origami kaku nyaéta struktur tilu diménsi anu ngan ukur lipatan antara panél anu ngalaman deformasi nalika dibuka.
Conto penting tina origami kaku nyaéta Miura-ori, dipaké pikeun nyieun metamaterial mékanis jeung rasio Poisson négatip. bahan misalna boga rupa-rupa aplikasi: Éksplorasi spasi, éléktronika deformable, otot jieunan sarta, tangtosna, metamaterial mékanis reprogrammable.
Origami non-kaku mangrupa struktur tilu diménsi nu némbongkeun deformasi elastis non-kaku panel antara lipetan salila unfolding.
Conto varian origami sapertos kitu nyaéta pola Kroesling anu disebatkeun sateuacana, anu parantos suksés dianggo pikeun nyiptakeun struktur kalayan stabilitas multi-tunable, kaku, deformasi, lemes / hardening, sareng / atanapi caket-enol kaku.
Hasil panilitian
Diideuan ku seni kuno, para ilmuwan mutuskeun pikeun ngagunakeun origami Kroesling pikeun ngembangkeun gugusan saklar binér mékanis anu tiasa dipaksa ngalih antara dua kaayaan statik anu béda ngagunakeun input anu dikontrol tunggal dina bentuk éksitasi harmonik anu diterapkeun kana dasar saklar. .
Sakumaha ditingali tina 1b, bellows dibereskeun dina hiji tungtung sarta subjected kana beban éksternal dina arah x di tungtung bébas lianna. Kusabab ieu, eta ngalaman deflection simultaneous sarta rotasi sapanjang jeung sabudeureun sumbu-x. Énergi akumulasi salila deformasi bellows dileupaskeun nalika beban éksternal dipiceun, ngabalukarkeun bellows balik deui ka bentuk aslina.
Kantun nempatkeun, urang ningali spring torsi anu kakuatan malikkeun gumantung kana bentuk fungsi énergi poténsial bellows. Ieu gumantung kana parameter géométri (a0, b0, γ0) tina segitiga komposit anu dipaké pikeun ngawangun bellows, kitu ogé jumlah total (n) tina segitiga ieu (1a).
Pikeun kombinasi tangtu parameter desain geometri, bellows fungsi énergi poténsial boga minimum tunggal pakait jeung hiji titik kasatimbangan stabil. Pikeun kombinasi séjén, fungsi énergi poténsial boga dua minima pakait jeung dua konfigurasi bellows statik stabil, unggal pakait sareng jangkungna kasatimbangan béda atawa, Alternatipna, spring deflection (1s). Jenis cinyusu ieu sering disebut bistable (video di handap).
Dina gambar 1d nembongkeun parameter géométri ngarah kana formasi cinyusu bistable jeung parameter ngarah ka formasi cinyusu monostable pikeun n = 12.
A cinyusu bistable bisa eureun di salah sahiji posisi kasatimbangan na dina henteuna beban éksternal sarta bisa diaktipkeun pikeun pindah antara aranjeunna nalika jumlah ditangtoskeun énergi sadia. Éta sipat ieu anu jadi dadasar ulikan ieu, nu nalungtik kreasi Kroesling saklar mékanis (KIMS ti saklar mékanis Kresling-diideuan) kalawan dua kaayaan binér.
Utamana, sakumaha ditémbongkeun dina 1c, saklar bisa diaktipkeun pikeun transisi antara dua kaayaan na ku supplying énergi cukup pikeun nungkulan halangan poténsial (∆E). Énergi tiasa disayogikeun dina bentuk aktuasi kuasi-statik anu laun atanapi ku cara nerapkeun sinyal harmonik kana dasar saklar kalayan frékuénsi éksitasi anu caket sareng frékuénsi résonansi lokal saklar dina sababaraha kaayaan kasaimbangan. Dina ulikan ieu, éta mutuskeun pikeun ngagunakeun pilihan kadua, saprak operasi résonansi harmonik téh punjul ti operasi kuasi-statik dina sababaraha hal.
Kahiji, aktuasi résonansi merlukeun saeutik gaya pikeun pindah sarta umumna leuwih gancang. Kadua, switching résonansi teu peka kana gangguan éksternal anu teu resonate kalawan switch dina kaayaan lokal na. Katilu, sabab fungsi poténsial switch biasana asimétri ngeunaan titik kasatimbangan teu stabil U0, ciri éksitasi harmonik diperlukeun pikeun pindah ti S0 mun S1 biasana béda ti nu diperlukeun pikeun pindah ti S1 mun S0, hasilna kamungkinan éksitasi-selektif binér switching.
Konfigurasi KIMS Ieu idéal pikeun nyieun papan mémori mékanis multi-bit ngagunakeun sababaraha saklar binér kalawan ciri béda disimpen dina hiji platform harmonik disetir tunggal. Nyiptakeun alat sapertos kitu kusabab sensitipitas bentuk fungsi énergi poténsial saklar kana parobahan dina parameter géométri panel utama (1s).
Akibatna, sababaraha KIMS kalawan ciri desain béda bisa ditempatkeun dina platform sarua jeung bungah transisi ti hiji kaayaan ka sejen, individual atanapi dina kombinasi ngagunakeun set béda tina parameter éksitasi.
Dina tahap nguji praktis, switch dijieun tina kertas kalawan dénsitas 180 g / m2 kalawan parameter geometric: γ0 = 26.5 °; b0/a0 = 1.68; a0 = 40 mm jeung n = 12. Ieu parameter, ditilik ku itungan (1d), sarta ngakibatkeun cinyusu anu dihasilkeun jadi bistable. Itungan dilaksanakeun ngagunakeun modél saderhana tina truss axial (struktur rod) tina bellows.
Ngagunakeun laser, garis perforated dijieun dina salembar kertas (1a), anu mangrupa tempat lipatan. Lipatan lajeng dijieun sapanjang edges b0 (melengkung ka luar) jeung γ0 (melengkung ka jero), sarta edges of the far ends are tightly joined. Permukaan luhur sareng handap saklar parantos dikuatkeun ku poligon akrilik.
Kurva gaya malikkeun saklar dicandak sacara ékspériméntal ngaliwatan tés komprési sareng tegangan anu dilakukeun dina mesin uji universal kalayan pangaturan khusus anu ngamungkinkeun dasarna diputer nalika tés (1f).
Tungtung poligon saklar akrilik dibenerkeun sacara kaku, sareng kapindahan anu dikontrol diterapkeun kana poligon luhur dina laju target 0.1 mm / s. Pamindahan tensile sareng compressive diterapkeun sacara siklus sareng dugi ka 13 mm. Saméméh nguji sabenerna alat, saklar disaluyukeun ku ngajalankeun sapuluh siklus beban misalna saméméh gaya malikkeun dirékam maké sél beban 50N. Dina 1g nembongkeun kurva gaya malikkeun saklar diala ékspériméntal.
Salajengna, ku ngahijikeun gaya malikkeun rata-rata saklar dina rentang operasi, fungsi énergi poténsial (1h). Minima dina fungsi énergi poténsial ngagambarkeun kasatimbangan statik pakait sareng dua kaayaan switch (S0 jeung S1). Pikeun konfigurasi tinangtu ieu, S0 jeung S1 lumangsung dina jangkungna deployment u = 48 mm sarta 58.5 mm, masing-masing. Pungsi énergi poténsial jelas asimétri kalayan halangan énergi anu béda ∆E0 dina titik S0 sareng ∆E1 dina titik S1.
Saklar ieu disimpen dina shaker éléktrodinamika, nu nyadiakeun éksitasi dikawasa tina basa dina arah axial. Dina respon kana éksitasi, beungeut luhur switch osilasi dina arah vertikal. Posisi permukaan luhur saklar relatif ka dasarna diukur nganggo vibrometer laser (2a).
Gambar #2
Kapanggih yén frékuénsi résonansi lokal saklar pikeun dua kaayaanana nyaéta 11.8 Hz pikeun S0 sareng 9.7 Hz pikeun S1. Pikeun initiate transisi antara dua nagara bagian, nyaeta, hiji kaluar ti sumur potensial*, sapuan frékuénsi linier dua arah anu laun pisan (0.05 Hz/s) dilaksanakeun di sabudeureun frékuénsi anu diidentifikasi kalayan akselerasi dasarna 13 ms-2. Husus, KIMS mimitina diposisikan dina S0 sareng paningkatan frekuensi sapuan dimimitian dina 6 Hz.
Potensi sumur* - wewengkon dimana aya minimum lokal énergi poténsial partikel.
Sakumaha ditingali dina 2bNalika frékuénsi nyetir ngahontal kira-kira 7.8 Hz, switch ninggalkeun sumur poténsi S0 sarta asup kana sumur poténsi S1. Saklar terus tetep dina S1 sakumaha frékuénsi ngaronjat salajengna.
Saklar ieu lajeng disetel ka S0 deui, tapi waktos downsweep ieu dimimitian dina 16 Hz. Dina hal ieu, nalika frékuénsi ngadeukeutan 8.8 Hz, switch ninggalkeun S0 sarta asup sarta tetep dina potensi sumur S1.
State S0 gaduh pita aktivasina 1 Hz [7.8, 8.8] kalayan akselerasi 13 ms-2, sareng S1 - 6...7.7 Hz (2s). Kituna KIMS tiasa selektif pindah antara dua kaayaan ku éksitasi harmonik tina dasar badagna sarua tapi frékuénsi béda.
Bandwidth switching tina KIMS gaduh gumantungna kompleks kana bentuk fungsi énergi poténsial, ciri damping, sareng parameter éksitasi harmonik (frékuénsi sareng magnitudo). Salaku tambahan, kusabab paripolah nonlinier anu lemes tina saklar, bandwidth aktivasina henteu kedah kalebet frekuensi résonansi linier. Ku alatan éta, penting yén peta aktivasina switch dijieun pikeun tiap KIMS individual. Peta ieu dipaké pikeun nangtukeun frékuénsi jeung gedena éksitasi nu ngakibatkeun pindah ti hiji kaayaan ka sejen tur sabalikna.
peta misalna bisa dijieun ékspériméntal ku frékuénsi sweeping dina tingkat éksitasi béda, tapi prosés ieu pisan kuli-intensif. Ku alatan éta, élmuwan mutuskeun dina tahap ieu pikeun ngaléngkah ka modeling switch, ngagunakeun fungsi énergi poténsial ditangtukeun salila percobaan (1h).
Modél nganggap yén paripolah dinamis saklar tiasa dikira-kira ku dinamika osilator Helmholtz-Duffing bistable asimétri, persamaan gerakna tiasa ditembongkeun sapertos kieu:
di mana u - simpangan tina beungeut movable polygon akrilik relatif ka dibereskeun; m - massa éféktif switch; c - koefisien damping kentel ditangtukeun sacara ékspériméntal; ais-bistable malikkeun koefisien gaya; ab jeung Ω nyaéta magnitudo dasar jeung frékuénsi akselerasi.
Tugas utama simulasi nyaéta ngagunakeun rumus ieu pikeun nyieun kombinasi ab jeung Ω anu ngamungkinkeun pindah antara dua kaayaan béda.
Élmuwan nyatet yén frékuénsi éksitasi kritis dimana transisi osilator bistable tina hiji kaayaan ka kaayaan anu sanés tiasa diperkirakeun ku dua frékuénsi. bifurcations *: periode ganda ganda bifurkasi (PD) jeung cyclic melu bifurcation (CF).
Bifurcation* - parobahan kualitatif sistem ku cara ngarobah parameter nu eta gumantung.
Ngagunakeun perkiraan, kurva respon frékuénsi KIMS diwangun dina dua nagara bagian na. Dina bagan 2s nembongkeun kurva respon frékuénsi switch dina S0 pikeun dua tingkat akselerasi basa béda.
Dina akselerasi dasar 5 ms-2, kurva amplitudo-frékuénsi nembongkeun rada lemes, tapi euweuh instability atawa bifurcations. Ku kituna, switch tetep dina kaayaan S0 euweuh urusan kumaha frékuénsi robah.
Najan kitu, nalika akselerasi basa ngaronjat nepi ka 13 ms-2, stabilitas turun alatan bifurcation PD sakumaha frékuénsi nyetir nurun.
Ngagunakeun skéma sarua, kurva respon frékuénsi switch dina S1 dicandak (2f). Dina akselerasi 5 ms-2, pola observasi tetep sarua. Sanajan kitu, sakumaha akselerasi basa naek ka 10ms-2 PD jeung CF bifurcations muncul. Ngagumbirakeun switch dina sagala frékuénsi antara dua bifurcations ieu hasil dina switch ti S1 mun S0.
Data simulasi nunjukkeun yén aya daérah ageung dina peta aktivasina dimana unggal kaayaan tiasa diaktipkeun ku cara anu unik. Ieu ngidinan Anjeun pikeun selektif pindah antara dua kaayaan gumantung kana frékuénsi sarta gedena pemicu nu. Ogé bisa ditempo yén aya wewengkon mana duanana nagara bisa pindah sakaligus.
Gambar #3
Kombinasi sababaraha KIMS tiasa dianggo pikeun nyiptakeun mémori mékanis tina sababaraha bit. Ku varying géométri switch supados bentuk fungsi énergi poténsial tina sagala dua switch cukup béda, kasebut nyaéta dimungkinkeun pikeun ngarancang rubakpita aktivasina saklar ambéh maranéhanana henteu tumpang tindih. Kusabab ieu, unggal switch bakal gaduh parameter éksitasi anu unik.
Pikeun nunjukkeun téknik ieu, papan 2-bit didamel dumasar kana dua saklar anu gaduh ciri poténsi anu béda (3a): bit 1 - γ0 = 28°; b0/a0 = 1.5; a0 = 40 mm jeung n = 12; bit 2 - γ0 = 27°; b0/a0 = 1.7; a0 = 40 mm jeung n = 12.
Kusabab unggal bit gaduh dua kaayaan, jumlahna aya opat nagara bagian S00, S01, S10 sareng S11 tiasa dihontal (3b). Angka saatos S nunjukkeun nilai saklar kénca (bit 1) sareng katuhu (bit 2).
Paripolah switch 2-bit dipidangkeun dina pidéo di handap ieu:
Dumasar kana alat ieu, anjeun ogé tiasa nyiptakeun gugusan saklar, anu tiasa janten dasar papan mémori mékanis multi-bit.
Pikeun kenalan anu langkung rinci sareng nuansa pangajaran, kuring nyarankeun ningali и ka anjeunna.
epilog
Ieu saperti teu mirip nu salah sahiji panyipta origami bisa ngabayangkeun kumaha kreasi maranéhanana bakal dipaké di dunya modern. Di hiji sisi, ieu nunjukkeun angka nu gede ngarupakeun elemen kompléks disumputkeun dina inohong kertas biasa; di sisi séjén, yén élmu modern sanggup ngagunakeun elemen ieu pikeun nyieun hal lengkep anyar.
Dina karya ieu, élmuwan éta bisa ngagunakeun géométri origami Kroesling pikeun nyieun switch mékanis basajan nu bisa di dua kaayaan béda, gumantung kana parameter input. Ieu tiasa dibandingkeun sareng 0 sareng 1, anu mangrupikeun unit inpormasi klasik.
Alat anu dihasilkeun digabungkeun kana sistem mémori mékanis anu tiasa nyimpen 2 bit. Nyaho yén hiji hurup nyandak 8 bit (1 bait), patarosan timbul: sabaraha origami sarupa bakal diperlukeun pikeun nulis "Perang jeung Peace," contona.
Élmuwan ogé sadar kana skeptisisme anu tiasa disababkeun ku kamekaranana. Sanajan kitu, nurutkeun aranjeunna, ieu panalungtikan mangrupa éksplorasi dina widang mémori mékanis. Salaku tambahan, origami anu dianggo dina ékspérimén henteu kedah ageung; dimensina tiasa dikirangan sacara signifikan tanpa ngaganggu sipatna.
Sanajan kitu, karya ieu teu bisa disebut biasa, banal atawa pikaboseneun. Élmu henteu salawasna dianggo pikeun ngembangkeun hal anu khusus, sareng para ilmuwan henteu salawasna terang naon anu aranjeunna ciptakeun. Barina ogé, paling pamanggihan jeung pamanggihan éta hasil tina patarosan basajan - kumaha lamun?
Hatur nuhun pikeun nonton, tetep panasaran sarta boga sabtu minggu hébat dulur! 🙂
Iklan saeutik
Hatur nuhun pikeun tetep sareng kami. Naha anjeun resep artikel kami? Hoyong ningali eusi anu langkung narik? Dukung kami ku cara nempatkeun pesenan atanapi nyarankeun ka babaturan, , analog unik tina server tingkat éntri, anu diciptakeun ku kami pikeun anjeun: (sadia kalawan RAID1 na RAID10, nepi ka 24 cores sarta nepi ka 40GB DDR4).
Dell R730xd 2 kali langkung mirah dina puseur data Equinix nagara golongan IV di Amsterdam? Ngan di dieu di Walanda! Dell R420 - 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB - ti $99! Baca ngeunaan
sumber: www.habr.com