Флексагонные сетки: Динамичные формы будущего

Прежде чем углубиться в техническое обоснование предлагаемой к рассмотрению идеи я хотел бы обратить ваше внимание на то, что в творческом освоении геометрических форм, в ассимиляции их под свои утилитарные и эстетические нужды, человечество в наши дни цивилизационно подошло к моменту практической реализации идеи трансформирующих свою форму вещей. Технологически обеспечив массовое внедрение таких объектов в наш повседневный обиход, мы получим радикальное визуальное изменение нашей реальности, её антуража. Впрочем, я не хочу обращаться сейчас исключительно к «образам будущего», числящимся по ведомству научной фантастики и футурологии, а намерен раскрыть секрет обладающих способностью к пространственным изменениям механических структурах, на принципах которых будущее сможет найти своё новое инженерное и дизайнерское воплощение. Речь пойдет о «флексагонных сетках» или, по другому названию, о «реверсивных ячеистых структурах». Но в начале определимся терминологически. Что такое «флексагонные»?.. Объяснение даст одна забава, представляющая собой особым способом сложенный лист бумаги, у которого имеются скрытые поверхности, делающиеся видимыми после того, как стали невидимыми ранее открытые поверхности. Эта игрушка называется «флексагоном». Одной из её разновидностей является тетрафлексагон, а, в свою очередь, разновидностью последнего, состоящего из трех поверхностей, выступает тритетрафлексагон. На нём сейчас и заострим наше внимание, для ясности обсуждения предмета предложив на рис. 1 иллюстрированную схему его изготовления (а – лицевая, б – тыльная сторона развертки). Вывернув сделанную "книжечку" согласно представленному принципу действия на рис. 2, мы обнаружим, что квадраты с единицами «спрятались» вовнутрь, но стали видны квадраты с тройками. Таким вот выглядит пример, демонстрирующий конструктивное решение, положенное в основу "шарнирных соединений двойного действия" (реверсивных, флексагонных петель). Порядок выполнения бумажной модели флексагонной петли можно увидеть на рис. 3. Объединяя петли в структуры, мы в конечном итоге получаем «искомые» флексагонные сетки.

Данные структуры, выполненные с применением твердотельных (условно, в границах эксплуатационных свойств) материалов, будут обладать обозначенной выше способностью восстанавливать свою форму, подвергаясь внешним механическим деформациям.

Здесь надо заметить, что эластичные свойства структур реализованных на основе принципа флексагонных сеток достигаются не за счет пластичных свойств материалов, из которых они сделаны, а за счет шарнирных соединений, (флексагонных петель).

 

Ниже (см. рис.4) можно увидеть два примеры объединения флексагонных петель в сетки.

Рис. 4. Треугольная и сотовая флексагонные сетки.

Отметим, что представленными на рис. 4 схемами не исчерпывается потенциальное стилистическое разнообразие флексагонных сеток, отличие которых не только визуальное, но функциональное.

В качестве одного из вариантов практической реализации идеи флексагонных сеток можно предложить создание светильников, люстр и светодиодных панелей, для чего необходимо в ячейках сетки разместить источники светоизлучения. В сочетании с заложенной в природу структуры способностью менять свою пространственную форму, это даст в итоге необычный эстетический эффект. Последнее в большей степени относится к светящимся панелям относительно большой площади, размещаемым вертикально, либо над головой зрителя и применяемым в интерьерных решениях, а также для создания динамических фасадов в архитектуре. На поверхности таких панелей будут появляться округлые впадины и бугры, в динамике переходящие друг в друга и имеющие возможность менять интенсивность своей сменяемости. Масштаб и плавность перетекания формы, снабженной иллюминацией, получат в результате завораживающий, гипнотический вид, эстетически рождая у наблюдателя ассоциацию с телом медузы.

 

В случае же с плафонами и люстрами, использующими флексагонные сетки, мы получим бытовые источники света, способные при необходимости концентрировать или рассеивать свет (см. рис.5). Последнее свойство может ещё найти своё применение в параболических и зеркальных антеннах, позволяя им изменять своё фокусное расстояние.

Рис. 5.. Внешний вид бытового электроосветительного прибора в трех стадиях трансформации.

 

Флексагонные сетки также могут выполнять функцию несущего каркаса в конструкциях меняющих форму. В своё время «BMW»

создало двухместную концепт-версию автомобиля, с кузовом, представляющим собой механический, в некоторых местах подвижный каркас, обтянутый специальной эластичной металлизированной тканью. Фары данного концепта открывались на манер человеческих глаз, размыкающих веки. Доступ к двигателю и сопутствующим ему агрегатам и устройствам становился доступен после того, как искусственная плоть автомобиля расходилась в разрезе, предусмотренном конструкторами по центру того места, где в традиционных версиях автомобилей располагается крышка капота. Двери салона услужливо открывались навстречу водителю и пассажиру, собираясь складками блестящей серебристой ткани в районе крыльев передних колес. Нет сомнения, что идея этого автомобиля может получить усовершенствование за счет применения флексагонной сетки в качестве несущего динамического каркаса кузова. По сути вся поверхность кузова такого нового средства передвижения будет тогда способна к изменению геометрических и, соответственно, аэродинамических характеристик. Из дополнительных плюсов: прочность, за счет ячеистости, станет намного выше, в отличии от обычного применения штампованного листового металла в конструкциях кузова.

Экстраполируя мысль об аэродинамических свойствах, мы позволим себе упомянуть и авиатехнику. Так, закрылки самолетных крыльев не будут в новом своём воплощении представлять собой отдельные элементы, а станут единой монолитной конструкцией со всем крылом и, в целом, с корпусом самолета. Изменение же режима полета может быть синхронизировано с изменениями геометрии летательного аппарата. То, что тенденция к созданию летательных аппаратов в полете меняющих свои геометрические характеристики находит своё практическое воплощение уже в наши дни, мы можем видеть на примере некоторых работ немецкой компании Festa.

 

К явным достоинствам широкого технического применения флексагонных сеток относится то, что при их производстве легко ориентироваться на проверенные временем технологии. Такие, к примеру, как металлоштамповка, литье в пресс-формы и др.

 

Надеюсь вызвать у вас интерес к своему изобретению!