Новая реконфигурируемая структура может быть использована для создания космических сред обитания.

Даже в некоторых областях, которые кажутся полностью освоенными, время от времени возникают прорывные идеи, которые оказывают сильное влияние на остальные области науки и техники. Механика — одна из тех относительно устоявшихся областей: ее в первую очередь понимают на макроскопическом уровне, и в последнее время в ней произошло относительно мало новых прорывов.

До тех пор, пока несколько лет назад группа инженеров из Гарварда не разработала то, что они назвали тотиморфной структурой, и недавняя статья была опубликована в arXiv Сервер препринтов, созданный исследователями из группы передовых концепций ЕКА, подробно описывает, как их можно использовать для создания мегаструктур, таких как зеркала телескопов и места обитания человека в космосе.

Для начала стоит понять, что такое тотиморфная структура. Это серия треугольных конструкций с балкой, рычагом и двумя упругими лентами, выполняющими роль пружин. При правильной конфигурации эластичные ленты могут удерживать рычаг в заданном положении, которое исследователи-механики называют «нейтральным», то есть без приложения какой-либо внешней силы.

Одним из важных аспектов является то, что рычаг можно удерживать в любом положении, что, по сути, делает его аналоговой системой позиционирования, у которой нет каких-либо заданных точек, в которых он обязательно должен находиться. Еще одним важным аспектом является то, что два или более объекта могут быть объединены в форму, напоминающую песочные часы, что позволяет конструкции принимать буквально любую форму в двухмерном или трехмерном пространстве и оставаться стабильной в этой форме.

Эта вторая часть является важнейшей особенностью, которая интересовала исследователей из ЕКА. Такая гибкая структура была бы полезна в нескольких приложениях, включая строительство куполообразных сред обитания или создание телескопа с регулируемым фокусным расстоянием, который не использует сложные приводы. Итак, они разработали метод моделирования этих структур и применения их к этим двум вариантам использования.

Поскольку эти модульные единицы представляют собой физические конструкции, они все равно должны подчиняться некоторым правилам. Три правила этих конструкций заключаются в том, что балка и рычаг имеют фиксированную длину и что рычаг должен быть соединен на одном из своих концов с средней точкой балки. Было бы интересно посмотреть, как эти конструкции могли бы использовать различные типы материалов для рычага или балки, что потенциально позволило бы им изменяться, но это все еще где-то в списке дел для исследователей.

Учитывая эти требования, исследователи создали серию скриптов Python, которые решают проблемы оптимизации, связанные с обеими настраиваемыми структурами. Оптимизированные функции различаются как для среды обитания, так и для зеркала. Тем не менее, оба используют тот факт, что тотиморфная структура является «аналоговой», то есть она может непрерывно и стабильно переходить из одного состояния в другое без необходимости «перепрыгивать» между ними.

Результаты были многообещающими, хотя и показывают, что физически реализовать эту систему будет сложно. Они также отмечают, что ИИ будет иметь все возможности для понимания свойств структур, созданных путем объединения множества этих модульных единиц, подобно тому, как ИИ может складывать белки бесчисленными способами, даже не испытывая этого физически.

С этой новой технологией еще предстоит проделать большую работу, хотя тестирование этих систем в реальной экспериментальной среде, вероятно, уже довольно близко. Если ЕКА или другая команда сможет построить зеркало с функциональной переменной фокусной точкой из этой новой структуры, это будет прорывом, достойным празднования.