Suatu teknik baru untuk mencetak, melipat dan menyebarkan struktur yang bisa membangun sendiri suatu hari nanti akan membuat lebih mudah bagi ahli bedah untuk menempatkan stent arteri, atau astronot untuk memasang habitat ruang baru yang ringan.
Konten terkait
- Buckminster Fuller Pandai dalam Gagasan, Mengerikan dalam Desain Mobil
- Selandia Baru Mengirim Roket 3D-Cetak ke Luar Angkasa
Desain dibangun berdasarkan konsep arsitektur yang disebut "tensegrity, " sebuah istilah yang diciptakan oleh Buckminster Fuller pada 1960-an (yang juga mematenkan bentuk tensegrity pertama pada tahun 1962). Tensegrity, atau "tensional integrity, " struktur menahan diri dalam bentuk melalui struts kaku yang dipegang di tempatnya dengan kabel tegangan tinggi yang saling berhubungan. Jembatan Kurilpa di Brisbane, Australia, dan menara antena radio baru sedang dibangun di atas Santiago, bukit Taman Metropolitan Chile adalah dua contoh khas struktur tensegrity.
Meskipun mereka sangat kuat, mereka berat, karena mereka dibangun dengan penyangga logam dan kabel. Insinyur Georgia Tech, Glaucio Paulino dan Jerry Qi ingin menerapkan keunggulan dimensi yang sama pada objek yang dapat digunakan untuk lebih dari sekadar jembatan dan antena, seperti habitat ruang atau stent jantung.
Paulino dan Qi merancang metode untuk membuat versi cetak 3D, ringan, dan dapat dilipat dari desain ini, dengan tabung yang terbuat dari bahan mirip plastik yang disebut polimer memori bentuk yang dihubungkan dengan tendon elastis yang dicetak.
Dengan memanaskan tabung, material penyangga diprogram untuk "mengingat" konfigurasi terbuka. Kemudian dapat diratakan dan dilipat, dan begitu seluruh desain dipaparkan kembali ke panas, seluruh paket perlahan-lahan terungkap menjadi konfigurasi final dan terbuka — tidak ada motor yang terlibat.
Paulino dan Qi juga menemukan bahwa dengan memprogram bagian-bagian berbeda dari desain mereka untuk dibuka pada suhu yang bervariasi, desain mereka dapat membongkar diri mereka secara bertahap untuk mencegah kabel dari kusut.
Karena keseluruhan desain dapat dimasukkan ke dalam paket yang pada dasarnya dirakit sepenuhnya, ini membutuhkan ruang yang jauh lebih sedikit daripada desain tensegrity konvensional.
“Jika Anda membandingkan desain tensegrity dengan jenis struktur lainnya, mereka sangat ringan dan sangat kuat, ” kata Paulino. "Keindahan dari sistem ini adalah bahwa ada derajat kebebasan ekstra yang memungkinkan tensegrity berubah bentuk, berubah bentuk, berubah bentuk secara dramatis, dan mendukung segala jenis pemuatan ke segala arah."
Model lab Paulino dan Qi adalah ukuran mainan meja anak-anak, dengan lebar empat hingga lima inci, dan tidak terlihat seperti tumpukan tongkat yang tertata rapi di tempatnya dengan tali pancing yang kencang. Ketika sepenuhnya terbuka, strutsnya keras dan kaku, sementara kabel elastis lebih lembut dan lebih fleksibel. Desainnya, ketika dirakit penuh, memang memiliki beberapa memberi — jika Anda memerasnya, bentuknya akan berubah bentuk. Tapi mereka segera kembali ke bentuk semula saat dirilis.
Tim menggunakan pemandian air panas untuk mendemonstrasikan bagaimana proses membongkar suhu tinggi bekerja, tetapi bahkan alat seperti senapan panas atau pengering rambut akan melakukan trik. Itu hanya harus konsisten — yang, pada tahap perkembangan saat ini, bisa menimbulkan masalah, kata Paulino. Mengontrol getaran juga menjadi tantangan dalam jenis desain tensegrity lainnya.
Paulino dan Qi memilih untuk menggunakan desain sederhana untuk kemudahan pengujian laboratorium, tetapi Paulino mengatakan tidak ada batasan untuk apa yang bisa dilakukan di bagian depan desain.
Gagasan mereka adalah bahwa struktur kepekatan polimer dapat ditingkatkan dan dibuat jauh lebih kompleks, seperti untuk struktur ruang, atau turun, dengan ukuran sesuatu yang dapat ditampung dalam tubuh manusia. Bayangkan sebuah stent yang dapat dimasukkan ke dalam arteri, kata Paulino, yang dipasang sendiri pada posisinya. Atau jika struktur yang terikat ruang dibuat dari polimer memori bentuk yang serupa, beratnya juga akan jauh lebih kecil daripada struktur serupa yang terbuat dari logam, memungkinkan peluncuran bingkai pra-rakitan yang lebih murah yang dapat digunakan untuk laboratorium atau tempat tinggal di ruang.
Itu masih hanya konsep pada titik ini, meskipun dia menambahkan dia telah memiliki minat dari rekan-rekan medis, dan bahwa NASA telah menjelajahi tensegrity sebagai pendekatan untuk misi ruang angkasa di masa depan.
Robert Skelton, yang telah meneliti tensegrity untuk aplikasi laut dan luar angkasa selama beberapa dekade di Texas A&M University, mengatakan karya Paulino dan Qi memiliki efisiensi yang lebih baik daripada jenis desain tensegrity lainnya.
"Keuntungan bagus dari karya Paulino dan Qi adalah sedikit energi yang dibutuhkan untuk membuat kaku [struts], " tulis Skelton melalui email. Skelton menambahkan bahwa prinsip yang sama berlaku ketika Anda menarik meteran logam: itu pra-stres menjadi sedikit melengkung ketika ditarik keluar, tetapi datar saat digulung. Elemen struktural pra-tekanan telah menjadi pendekatan penting untuk konstruksi ruang, seperti pada Hubble Space Telescope, yang susunan suryanya dikerahkan dengan strip logam pra-tekanan yang kaku setelah dibuka sepenuhnya.
"Dampak [struktur tensegrity bentuk-memori] akan sama luas, dengan berbagai macam aplikasi, di bumi dan di luar angkasa, " tambah Skelton.
Jadi, hal berikutnya yang dikatakan Paulino akan ditangani olehnya dan Qi adalah meningkatkan konsep mereka — naik turun. Dan karena semua yang diperlukan adalah printer 3-D dan bahan yang tepat, itu bisa dilakukan dari mana saja setelah tekniknya sempurna.
“Butuh beberapa saat untuk mencapai level ini, tetapi kami merasa bahwa kami memiliki titik awal yang baik untuk langkah selanjutnya, ” kata Paulino. “Kami sangat gembira tentang hal itu. Tentu saja kami tidak tahu semua yang masih perlu dilakukan, tetapi kami memiliki keyakinan bahwa kami memiliki kemampuan untuk membuat kemajuan yang baik pada ide tersebut. "
