Les structures Kiriform harnais de flambement pour des structures stables et déployables —
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Les structures déployables – des objets qui passent d’un état compact à un état étendu – sont utilisées partout, des arrière-cours à Mars. Mais comme le savent tous ceux qui ont déjà eu du mal à ouvrir une chaise pliante non coopérative, transformer des formes bidimensionnelles en structures tridimensionnelles est parfois un défi.
Aujourd’hui, des chercheurs de la Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) et de la Harvard Graduate School of Design ont développé un système déployable qui est léger, compact, peu coûteux, facile à fabriquer et, surtout, facile à déployer. En exploitant les instabilités mécaniques des poutres incurvées, le système peut transformer des objets en configurations 3D élaborées et personnalisables à différentes échelles, des meubles à grande échelle aux petits dispositifs médicaux.
“La plupart des structures déployables induites par le flambement, comme les chaises pliantes, sont activées par des forces de compression créées par le déplacement linéaire des éléments”, a déclaré Saurabh Mhatre, chercheur associé au GSD et premier auteur de l’article. “Notre approche est différente en ce que la force de compression est générée par un mouvement de rotation, qui à son tour induit le flambage comme déclencheur de la transformation 2D en 3D.”
L’équipe de recherche interdisciplinaire de concepteurs et d’ingénieurs a utilisé une combinaison d’expériences et d’analyses numériques pour comprendre la géométrie des poutres courbes et minces et ce qui se passe lorsque ces poutres tournent et se déforment. En exploitant le flambement – un phénomène normalement indésirable dans la conception et l’ingénierie – les chercheurs ont pu concevoir des structures déployables avec un simple mouvement de rotation.
Pour démontrer le système, l’équipe a construit un abat-jour qui peut être tourné pour laisser entrer plus ou moins de lumière et une table basse qui peut se replier à plat et s’ouvrir en un seul mouvement.
“Cette nouvelle plate-forme peut être étendue pour réaliser des structures et des dispositifs fonctionnels à l’échelle du millimètre au mètre en utilisant une variété de matériaux différents”, a déclaré Katia Bertoldi, professeur William et Ami Kuan Danoff de mécanique appliquée à SEAS et auteur principal de l’étude. “Ces structures pourraient être utilisées comme dispositifs médicaux, dispositifs optiques tels que mécanismes de mise au point de caméra, roues et turbines déployables, meubles ou abris déployables.”
La recherche a été publiée récemment dans Matériaux avancés. Il a été co-écrit par Elisa Boatti, David Melancon, Ahmad Zareei, Maxime Dupont et Martin Bechthold. Il a été soutenu en partie par la National Science Foundation par le biais du Harvard University Materials Research Science and Engineering Center sous les subventions DMR2011754 et DMR-1922321.
