MIT ใช้วิธีพับกระดาษแบบคิริกามิสร้างโครงสร้างที่มีน้ำหนักเบา

นักวิจัยจากสถาบันเทคโนโลยีแมสซาชูเซตส์หรือ MIT ทำการศึกษาวิธีการพับกระดาษแบบคิริกามิ (Kirigami) รูปแบบหนึ่งของการพับกระดาษแบบโอริกามิ (Origami) ของประเทศญี่ปุ่น แต่วิธีการพับกระดาษแบบคิริกามิอนุญาตให้ใช้กรรไกรตัดแต่งกระดาษ โดยวิธีการดังกล่าวสามารถใช้พัฒนาโครงสร้างของวัสดุทางด้านสถาปัตยกรรมที่มีประสิทธิภาพสูงแต่น้ำหนักเบารองรับการสร้างโครงสร้างที่มีความหลากหลายมากขึ้น ในขณะเดียวก็ยังคงคุณสมบัติความแข็งแกร่งเอาไว้อย่างครบถ้วน

“วัสดุนี้เหมือนกับจุกเหล็ก มันเบากว่าไม้ก๊อก แต่มีความแข็งแกร่งและความแข็งสูง” ศาสตราจารย์นีล เกอร์เชนเฟลด์ (Neil Gershenfeld) หัวหน้าศูนย์ Bits and Atoms (CBA) ที่ MIT กล่าวอธิบายเพิ่มเติม

วิธีการพัฒนาโครงสร้างแบบใหม่นี้เรียกว่ากระบวนการก่อสร้างแบบโมดูลาร์ซึ่งประกอบด้วยชิ้นส่วนขนาดเล็กจำนวนมากถูกนำมาพบและประกอบกันเป็นรูปทรง 3 มิติ โครงสร้างมีน้ำหนักเบาและแข็งแรงเป็นพิเศษ รองรับการผลิตได้จำนวนมากในเวลาที่รวดเร็ว สามารถนำไปใช้พัฒนาต่อยอดเป็นโครงสร้างด้านสถาปัตยกรรม เครื่องบิน อากาศยาน ยานยนต์ หรือยานอวกาศ

โครงสร้างที่ใช้ชิ้นส่วนขนาดเล็กนำมาประกบกันเพื่อให้เกิดความแข็งแกร่งไม่ใช่เรื่องใหม่ในวงการออกแบบทางวิศวกรรม ก่อนหน้านี้มีการใช้งานมาได้ระยะหนึ่งแล้ว เช่น โครงสร้างของปีกเครื่องบินที่ใช้ชิ้นส่วนจำนวนมากวางประกบกัน โดยมีน้ำหนักเบาแต่มีความแข็งแกร่งสูง อย่างไรก็ตามวิธีการพัฒนาและสร้างชิ้นส่วนยังคงมีความซับซ้อน ในขณะที่โครงสร้างแบบใหม่ที่ใช้แนวคิดของการพับกระดาษแบบคิริกามิทำได้ง่ายกว่าโดยใช้การพิมพ์ขึ้นรูปด้วยเครื่องพิมพ์ 3 มิติ

ทีมนักวิจัยได้ประยุกต์ใช้รอยพับคิริกามิที่มีลักษณะแหลมเหลี่ยมมุมหรือมิอูราโอริ (Miura-ori) ซึ่งมีลักษณะคล้ายเหลี่ยมมุมของเพชรและมีพื้นผิวเรียบสามารถพบและเชื่อมต่อกันอย่างแข็งแรงได้ง่ายกว่าการใช้แบบสลักเกลียวหรือหมุดยึด รวมไปถึงสามารถควบคุมการเชื่อมต่อได้อย่างแม่นยำเมื่อโครงสร้างถูกแรงบีบอัดว่าจะปรับเปลี่ยนไปในลักษณะอย่างไร

คุณสมบัติในการเชื่อมต่อแม่นยำและควบคุมความยืดหยุ่นของโครงสร้างนี้เองที่ทำให้โครงสร้างที่ถูกพัฒนาขึ้นจากการพับกระดาษคิริกามิ (Origami) เหมาะสำหรับใช้เป็นส่วนประกอบของหุ่นยนต์และชิ้นงานอุปกรณ์ที่มีการเคลื่อนไหว บิดหรืองอได้ นอกจากนี้ยังใช้วัสดุในการพัฒนาที่หลากหลายมากขึ้น เช่น เหล็กและวัสดุคอมโพสิต ในการพัฒนาขึ้นรูป

อย่างไรก็ตาม ในช่วงแรกของการวิจัยพัฒนาโครงสร้างที่ใช้วิธีการพับกระดาษคิริกามิ (Origami)  นักวิจัยได้ใช้การออกแบบโปรแกรม CAD เพื่อจำลองชิ้นส่วนต่าง ๆ ได้ง่ายมากขึ้น รวมไปถึงการคำนวณต้นทุนที่เหมาะสมในการสร้างแบบจำลองก่อนการพัฒนาต้นแบบของจริงขึ้นมาตามคุณสมบัติที่ต้องการ

muที่มาของข้อมูลและรูปภาพ News.mit.edu