مهندسی اوریگامی

حتما بیشتر خواننده های این متن قوهایی که با کاغذ درست شدند رو دیدند. به این طرح و طرح های مشابه که از تا کردن کاغذ به وجود میان اوریگامی گفته میشه. اما به احتمال خیلی زیاد بیشترمون خیلی ساده از کنار اوریگامی رد شدیم. آیا تا به حال به این فکر کردید که اوریگامی چه کاربرد شگفت انگیزی میتونه داشته باشه؟

اوریگامی ( یا هنر تا کردن کاغذ) از کاردستی های محبوب کشور ژاپن است. در واقع واژه Origami خود از دو کلمه Ori به معنی تا کردن و کلمه Gami به معنی کاغذ تشکیل شده. اوریگامی قانون خیلی ساده ای داره، ایجاد اشکال مختلف با استفاده از تا کردن کاغذ آن هم بدون بریدن و یا چسباندن کاغذ. به این معنی که شما در این هنر اجازه نداریدد دو کاغذ رو به هم بچسبونید و یا کاغذ رو با قیچی ببرید تا شکل هندسی مورد نظرتون درست بشه. اما امروزه اگر متوجه بشیم که یک تکه کاغذ چگونه تا میشه، میتونیم از این روش بر موادی استفاده کنیم که با کاغذ تفاوت بسیار زیادی دارند.

حال فیزیک به کمک این هنر باستانی آمده و به کمک روابط ریاضی و فرمول های فیزیکی، قوانین مشخصی برای درست کردن اوریگامی به وجود آورده تا بتونیم از این قوانین، در تکنولوژی استفاده کنیم. چیز هایی که حتی فکرتون هم بهش نمیرسه.

اما چرا اوریگامی در مهندسی می تونه انقدر مهم باشه؟ جوابش سادست! اوریگامی راهی هست که یک ورق تخت رو به یک شکل پیچیده دیگر با اندکی تغییرات تبدیل کنیم. به غیر از اون، اوریگامی به ما این اجازه رو میده تا یک ساختار بسیار بزرگ رو تبدیل به یک ساختار تا خورده کوچک تبدیل کنیم. کی از استفاده بهینه از فضا بدش میاد؟ بیاید چند تا کاربرد مهم هنر اوریگامی رو با هم برسی کنیم :)

فکر میکنید تصویر بالا دقیقا چیه؟ به نظرتون یک سری پارچه تا خورده که شبیه لباس تو چمدون هست به چه چیزی میتونه تبدیل بشه؟ اگر به محافظ ضدگلوله فکر کردید کاملا درست حدس زدید. خیلی راحت الگوی یوشیمورا که یک الگوی اوریگامی در کاغذ هست رو در دوازده لایه کولار که یک نوع الیاف بسیار قوی است استفاده کردند و یک محافظ ضدگلوله بسیار موثر رو به وجود آوردند. شاید باورپذیر نباشه اما شکل بالا به سادگی تمام تبدیل میشه به چیزی که این عمو پشتش قایم شده. خیلی راحت میذارن زیر بغلشون و میبرن وسط تیراندازی پهنش میکنن:))

اما برای قطعات پیچیده تر مهندسی اون هم قطعاتی که از مواد غیرقابل انعطاف درست شدند کار به این سادگی نیست. تو این قطعات گاهی نیازه که قانون اول اوریگامی یعنی استفاده از یک کاغذ یکپارچه رو کنار بذاریم و از یه مقدار پیچ و داربستد استفاده کنیم:) اما خب به نتیجه دلخواه میرسیم.

یکی از طرح های خیلی کاربردی اوریگامی که تاریخچه نسبتا قدیمی ای در صنایع فضایی داشته، طرح miura ori هست. همونطورکه در انیمیشن زیر میبینید، با استفاده از این الگو به سادگی میتونیم یک صفحه تخت رو تبدیل به یک قطعه فشرده بکنیم. کی از بهینه سازی فضا بدش میاد؟

اصلی ترین کاربرد این طرح استفاده اون در ساخت پنل های خورشیدی ای هست که که در ماموریت های فضایی و پنل های خورشیدی ماهواره ها و فضاپیماها است. همونطور که میدونید، ماهواره ها انرژی مورد نیازشون برای ادامه فعالیت رو از پنل های خورشیدی میگیرن. این پنل ها معمولا مساحت زیادی دارند تا بتونن هر چه بیشتر نور خورشید رو به الکتریسیته تبدیل کنن. طبیعتا نمیشه این ماهواره یا کاوشگر رو با پنل خورشیدی ای به این بزرگی به فضا ارسال کرد؟ راه حل چیه؟ آفرین، اوریگامی! از طرح بالا استفاده شد تا پنل های خورشیدی فشرده ای رو بر روی کاوشگرها نصب کنند و در فضا این پنل ها رو باز کنند. درود بر میورا اوری.

بر خلاف صنایع فضایی که مقیاس های بسیار بزرگی رو شامل میشن، کاربرد بعدی مقیاس های بسیار کوچکی رو شامل میشه. گاهی در حد میکرومتر. حدستون چیه؟ آفرین، بدن انسان. مخترعین دانشگاه بریگهام یانگ از تکنیک اوریگامی استفاده کردند تا ابزارهای پزشکی رو به مقدار زیادی کوچک کنند (در حد 3 میلیمتر). در عمل های داخلی، گاهی فرستادن ابزار باید بسیار دقیق باشه تا به بافت های داخل بدن آسیب وارد نشه. هر چه ابزار مورد استفاده کوچک تر باشه، احتمال آسیب هم کمتر میشه. تیم BYU این دانشگاه گیره BYU رو از تکنیک های اوریگامی اختراع کرد که اجزای تشکیل دهنده گیره رو تا 75 درصد کاهش داد. عالیه! صرف جویی در قطعات و فضا.

خب خب خب! چند تا از کاربرد های مهم اوریگامی در علوم مختلف رو گفتیم. بذارید یکم از یکی از پیشگام های این علم بگم. آقای رابرت لنگ(Robert Lang) بیست و چند سال پیش یکی از مهندسین ناسا در زمینه لیزر بود اما از اونجایی که علاقه زیادی به ساخت اوریگامی داشت، در سال 2001 کارشو ول میکنه و میره براش کشف روابط اوریگامی. آقای لنگ به معنای واقعی یک اسطوره در علم اوریگامی هست. درواقع هنر اوریگامی رو ایشون تبدیل کرده به علم اوریگامی. برای اوریگامی روابط ریاضی پیچیده ای به دست آورده و از کارهای ایشون در مسائل پیچیده مهندسی استفاده شده.

تصویر بالا آقای رابرت لنگ رو نشون میده به همراه کاکتوسش. فان فکت: ایشون این کاکتوس رو با اوریگامی درست کرده. این کاکتوس حتی یک برش هم نخورده و فقط با تا زدن درست شده و 17 سال هم برای درست کردنش وقت صرف شده. از همینجا درود میفرستم به آقای لنگ. خدا امواتتو بیامرزه مرد:)

منابع روهم بگم خدمتتون:

پی نوشت: ویدیو اول رو در یوتوب ببینید. بامزست!

https://www.youtube.com/watch?v=ThwuT3_AG6w

https://www.medgadget.com/2016/03/origami-used-to-miniaturize-improve-surgical-tools-medical-implants.html

https://www.google.com/search?q=miura+ori+pattern&source=lmns&bih=999&biw=958&hl=en&sa=X&ved=2ahUKEwjZm9-j4Zn5AhWssHIEHb_-Bx4Q_AUoAHoECAEQAA

https://www.designboom.com/design/origami-bulletproof-shield-brigham-young-university-02-20-2017/