Les structures déployables passent de plat à bombé et droit à courbe avec une petite poussée. Crédit :Bertoldi Lab/Havard SEAS
Si vous avez déjà ouvert un parapluie ou installé une chaise pliante, vous avez utilisé une structure déployable, un objet qui peut passer d'un état compact à un état étendu. Vous avez probablement remarqué que de telles structures nécessitent généralement des mécanismes de verrouillage assez compliqués pour les maintenir en place. Et, si vous avez déjà essayé d'ouvrir un parapluie au vent ou de plier une chaise pliante particulièrement pointilleuse, vous savez que les structures déployables d'aujourd'hui ne sont pas toujours fiables ou autonomes.
Maintenant, une équipe de chercheurs de la Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) a exploité l'effet domino pour concevoir des systèmes déployables qui se développent rapidement avec une petite poussée et sont stables et verrouillés en place après le déploiement.
La recherche est publiée dans le Actes de l'Académie nationale des sciences ( PNAS ).
"Aujourd'hui, les structures multi-stables sont utilisées dans une gamme d'applications, y compris les architectures reconfigurables, Équipement médical, robots mous, et panneaux solaires déployables pour l'aérospatiale, " a déclaré Ahmad Zareei, un boursier postdoctoral en mathématiques appliquées à SEAS et premier auteur de l'article. "D'habitude, déployer ces structures, vous avez besoin d'un processus d'actionnement compliqué mais ici, nous utilisons ce simple effet domino pour créer un processus de déploiement fiable."
Mécaniquement parlant, un effet domino se produit lorsqu'un bloc de construction multi-stable (le domino) passe de son état de haute énergie (debout) à son état de basse énergie (couché), en réponse à un stimulus externe comme la poussée d'un doigt. Lorsque le premier domino est renversé, il transfère son énergie à son voisin, initier une onde qui fait passer séquentiellement tous les blocs de construction des états d'énergie élevée à l'état de basse énergie.
Cette structure déployable utilise les mêmes principes que les dominos tombants pour passer du plat au dôme. Crédit :Bertoldi Lab/Harvard SEAS
Les chercheurs se sont concentrés sur un système simple d'articulations bistables reliées par des barres rigides. Ils ont d'abord montré qu'en concevant soigneusement les connexions entre les liens, les ondes de transition pourraient se propager à travers toute la structure, transformant la configuration droite initiale en une configuration incurvée. Puis, en utilisant ces blocs de construction, l'équipe de recherche a conçu un dôme déployable qui pourrait sortir de plat avec une petite poussée.
"Être capable de prédire et de programmer ce type de comportement hautement non-linéaire ouvre de nombreuses opportunités et a le potentiel non seulement pour le morphing des surfaces et des dispositifs reconfigurables, mais aussi pour la propulsion en robotique douce, logique mécanique, et une absorption d'énergie contrôlée, " a déclaré Katia Bertoldi, le professeur William et Ami Kuan Danoff de mécanique appliquée à SEAS et auteur principal de l'étude.
Avec une petite poussée, ces structures déployables peuvent aller du plat au courbe. Crédit :Bertoldi Lab/Harvard SEAS
Le laboratoire de Bertoldi travaille également à la compréhension et au contrôle des ondes de transition dans les métamatériaux mécaniques bidimensionnels. Dans un article récent, également publié dans PNAS , l'équipe a démontré un système 2-D dans lequel ils peuvent contrôler la direction, forme, et la vitesse des ondes de transition en modifiant la forme ou la rigidité des blocs de construction et en incorporant des défauts dans les matériaux.
Avec une petite poussée, ces structures déployables peuvent aller du plat au courbe. Crédit :Bertoldi Lab/Harvard SEAS
Les chercheurs ont conçu des matériaux dans lesquels les vagues se déplaçaient horizontalement, verticalement, en diagonale, circulairement, et même se tortillait d'avant en arrière comme un serpent.
"Notre travail augmente considérablement l'espace de conception et la fonctionnalité des métamatériaux, et ouvre une nouvelle voie pour contrôler les déformations dans le matériau aux emplacements et à la vitesse souhaités, " a déclaré Ahmad Rafsandjani, stagiaire postdoctoral à SEAS et co-premier auteur de l'article.
« Ondes de transition guidées dans les métamatériaux mécaniques multistables » a été co-écrit par Lishuai Jin, Romik Khajehtourian, Jochen Mueller, Vincent Tournat, et Dennis M. Kochmann.
