I ricercatori del dipartimento di Precision and Microsystems Engineering (PME) della TU Delft hanno progettato un metodo di dilatazione che può essere applicato a qualsiasi superficie curva. Questo metodo universale può avere una gamma di applicazioni, compresi tutori medici per bambini, mobili espandibili o stent aortici. Il metodo è stato pubblicato in Comunicazioni sulla natura il 15 novembre 2019.
Rendere un oggetto più grande o più piccolo di solito è possibile solo allungandolo, accartocciandolo o modificandone la forma in qualche altro modo. Le strutture che possono cambiare dimensione senza cambiare forma sono chiamate dilazionali. Tali dispositivi possono avere importanti applicazioni in ingegneria e medicina:si pensi agli stent impiantati nelle arterie umane, Per esempio. Gli attuali meccanismi di dilatazione sono limitati a pochissime forme, per lo più sfere o superfici sferiche. Un esempio ben noto è il giocattolo per bambini basato sulla sfera di Hoberman, dove le articolazioni si piegano al centro della palla mentre si contrae. Tali meccanismi hanno lo svantaggio che le parti che consentono all'oggetto di espandersi e contrarsi si muovono ad angolo, generalmente perpendicolare alla superficie dell'oggetto. Ciò significa che quando l'oggetto cambia forma, le parti meccaniche sporgono o sporgono nel volume chiuso. Questo è tutt'altro che ideale per molte applicazioni; ostacolerebbe il flusso sanguigno in caso di stent aortici, Per esempio.
Triangolazione + pantografo =dilatazione
Freek Broeren e Werner van de Sande, ricercatori presso il Dipartimento di Precision and Microsystems Engineering (PME) della TU Delft, hanno progettato un metodo di dilatazione che può essere applicato a qualsiasi superficie curva. Hanno usato la triangolazione, la visualizzazione di un oggetto curvo mediante triangoli disposti su tutta la superficie. Le mesh triangolari sono un modo efficiente di calcolo per rappresentare strutture 3D in computer grafica. Hanno combinato questa ingegnosità del 21° secolo con il pantografo del 17° secolo, un dispositivo menzionato per la prima volta in letteratura nel 1653, formato da quattro barre fissate in un punto e imperniate negli altri. Viene utilizzato per ridimensionare i disegni, Per esempio. Broeren e Van de Sande usarono il concetto del pantografo obliquo, un meccanismo specifico che può essere utilizzato per ridimensionare i triangoli.
"Il primo passo nel nostro metodo è triangolare la superficie dell'oggetto, " spiega Broeren. "Successivamente, un algoritmo di piastrellatura sostituisce ciascuna delle facce triangolari con meccanismi a pantografo in modo tale da evitare collisioni durante il ridimensionamento. Ciò rende possibile scalare qualsiasi superficie con un grado di libertà, il che significa che il movimento avviene sullo stesso piano della superficie dell'oggetto. Teoricamente, possiamo ridimensionare le strutture dalla loro configurazione completamente espansa fino a un singolo punto."
Applicazioni
Broeren e Van der Sanden hanno applicato la loro strategia a diversi esempi, compreso il coniglietto di Stanford, un modello di test comunemente usato in computer grafica che è stato sviluppato nel 1994 alla Stanford University. Hanno anche dimostrato che il loro metodo può essere applicato a qualsiasi superficie. Le applicazioni possono includere apparecchi medici che possono espandersi per i bambini in crescita, impianti che devono adattarsi al movimento ma mantenere la loro forma, come stent aortici, o anche mobili espandibili.
La loro scoperta ha anche un impatto sulla loro stessa ricerca. Werner van de Sande sta studiando esoscheletri che potrebbero consentire alle persone disabili di muoversi. "Questi esoscheletri passivi devono essere compatti e rimanere vicini al corpo durante il movimento. L'aggiunta di ridimensionamento alla superficie ci dà più libertà di progettazione per soddisfare tale requisito, " spiega Broeren. Egli stesso lavora sui metodi di progettazione per i metamateriali medici. "È possibile creare tutti i tipi di proprietà dei materiali combinando materiali duri e morbidi. Però, non ci sono ancora metodi di progettazione per questo. Questo è il motivo per cui sto guardando le meccaniche sottostanti".
