Számítógépet is lehet hajtogatni papírból

Robert J. Lang kezdet el elsőként részletesen vizsgálni az origami-technika alkalmazási területeit

A papírhajtogatás ősi japán művészete, az origami nemcsak szemet gyönyörködtető díszek, hanem praktikus tárgyak létrehozására is alkalmas. Kibontakozóban lévő terület a mechanikusan működtetett bináris kapcsolók hajtogatása, amelyekből akár egyszerű számítógép is építhető.

Nem is hinnénk, mi mindenre jó a nagy dolgok kicsire zsúfolásának művészete

Az origami valaha kizárólag műalkotások és dísztárgyak létrehozására szolgált a japán kultúrában, ám az utóbbi évtizedekben egyre szaporodnak az ősi hajtogatóművészet tudományos és mérnöki alkalmazásai.

Az űrkutatástól az orvostudományon és robotikán át az építészetig és a hadászatig a legkülönbözőbb területeken ismerik fel a hajtogatott szerkezetek hasznosságát.

Az origami technika egészen különös lehetőségeket nyit meg a miniatürizálás világában Forrás: https://scitechdaily.com/intelligent-microrobot-breakthrough-microscopic-bird-flaps-wings-using-nanomagnets/

A feladat legtöbbször az, hogy egy nagy dolgot kicsi helyre bezsúfoljanak, de a hajtogatott struktúrák alakváltó vagy rezgéselnyelő képességének is fontos szerep jut egyes alkalmazásokban. A lehetőségek tárháza lényegében kimeríthetetlen. Az USA-ban komoly bevételt hoz egy hátizsáknyira összehajtogatható kajak;

az űrteleszkópok készítői érdeklődnek a futballpálya-méretűre kinyíló lencse iránt, ami simán befér egy apró hordozóegységbe;

és az amerikai rendőrség nagyobb tételt tervez beszerezni egy összehajtható kevlár pajzsból, ami egyszerre két-három embernek nyújt golyóálló menedéket.

A Spitzer űrteleszkóp. Az origami technikát a jelenleginél sokkal nagyobb optikák kozmoszba juttatásához is fel akarják használni Forrás: NASA

Origami technikát használtak egyebek közt a japán nagysebességű vonatok csővezetékeinek kialakításához: a cső falát erősítő hajtogatott szerkezet elnyeli a többletnyomást, így csökkenti az esetleges balesetek esélyét.

Robert J. Lang kezdte el elsőként részletesen vizsgálni az origami technika alkalmazási területeit Forrás: Wikimedia Commons/Dr. Robert J. Lang

A tudományos-mérnöki célú origami egyik legismertebb terjesztője és művelője az 1961-es születésű Robert J. Lang, a NASA korábbi fizikusa, aki csodálatos rovar- és állathajtogatásai mellett az origami matematikai elméletének és számítógépes modellezésének kidolgozásáról vált híressé.

Papírból hajtogattak egyszerű bináris memóriát

Az Applied Physics Letters című folyóirat legújabb számában az Egyesült Arab Emirátusok egyik elitegyetemének fizikusai papírból hajtogatott egyszerű bináris memória létrehozásáról számolnak be. A memóriát felépítő mechanikus kapcsolókat az abu-dzabi New York University kutatói

a Kresling-mintaként ismert origami-módszerrel hajtogatták.

Az egyedi kapcsolókból többet egy hordozólapra építve működő memóriaegységet sikerült kidolgozni.

Jelenleg az Abu Dzabiban lévő New York University számít az origami technológiai kutatások zászlóshajójának Forrás: New York Univesity/NYU/Abu Dhabi

Az origami ilyen irányú hasznosításának lehetőségét először – nem meglepő módon – japán kutatók vizsgálták meg alaposabban. Jaszuda és munkatársai 2017-es Nature Communications-cikkükben

részletesen jellemezték a papírból hajtogatott bináris mechanikus kapcsoló fizikai viselkedését.

A kutatók ott elmagyarázták: az elektronikus vagy optikai memóriaegységek mechanikus megfelelői olyan körülmények között – például az űrben vagy egy atomreaktor belsejében – is zökkenőmentesen alkalmazhatók, ahol az extrém hőmérsékleti és sugárzási viszonyok megbízhatatlanná teszik az elektronikus eszközök működését.

A Nemzetközi Atomenergia Ügynökség továbbképzésen részt vevő munkatársai tanulmányozzák a paksi atomerőmű I-es blokkját. Az orgami technika helyet kaphat a jövő atomreaktoraiban is. Forrás: MTI/Koszticsák Szilárd

Az origami-hajtogatott szerkezetek lehetnek merevek vagy rugalmasak. A merev origami-szerkezetek csak a hajlítási vonalak mentén tudnak deformálódni, miközben a határoló felületek síkban maradnak.

A rugalmas origami-szerkezetekben viszont a határolólapok maguk is deformálódhatnak.

A Kresling-mintázat a rugalmas origami egy fajtája. Az így hajtogatott papírból egy fújtatószerű szerkezet jön létre, amely kétféle – egy szétnyitott és egy lapos – stabil konfiguráció között tud ide-oda billegni.

Az origami az űrtechnológiában is komoly szerepet kaphat Forrás: AFP/Nick Hague

A hajtogatott fújtatók viselkedését úgy befolyásolhatjuk, ha rezgetni kezdjük az őket tartó alátámasztást. A rezgés hatására a fújtatók hol ide, hol oda kapcsolnak; ennek alapján a kutatók Kresling-inspirálta mechanikus kapcsolónak (Kresling-inspired mechanical switch, KIMS) nevezték el őket.

Nagyobb léptékű mechanikus memóriaegységek is építhetők

A tudósok azt vették észre, hogy a KIMS-eket tartó felszín meghatározott frekvenciájú fel-le oszcilláltatásával a KIMS-ek átbillenthetők egyik stabil állapotukból a másikba. Elektrodinamikus rázóasztal segítségével jól ellenőrzött vibrációt hoztak létre,

és közben lézerrel figyelték a KIMS felső felszínének mozgását.

Így módjuk nyílt az átbillenés hátterében álló alapvető fizikai viselkedés leírására.

Az ősi japán kultúrából származó origami új perspektívát nyit a műszaki-technológiai tudományok fejlődésében Forrás: Wikimedia Commons/Andreas Bauer Origami-Kunst

„Szintén a Kriesling-féle origami-mintázatot követve létrehoztuk a mechanikus bináris kapcsolók egész csoportját – mondta el Ravindra Masana, a szerzők egyike.

– Ezeket a különféle statikus állapotaik közötti átkapcsolásra lehet kényszeríteni egyetlen kontrollált bemenettel, az alapjukra gyakorolt harmonikus oszcillációs gerjesztés útján."

A csoport először egy kétbites memóriaegységet alkotott

két, ugyanarra a hordozófelületre helyezett KIMS felhasználásával. Mivel mindkét KIMS-nek két stabil állapota van, a teljes rendszert összesen négy állapottal – S00, S01, S10, és S11 – lehetett leírni.

A technológia az informatikában is új lehetőségeket kínál Forrás: https://www.bbc.com/news/technology-47867031

A hordozófelület oszcillációi a rendszert a négy stabil állapot közötti átkapcsolásokra késztették. Ugyanezt az elgondolást több KIMS-egységre is ki lehet terjeszteni,

így ezzel a logikával nagyobb léptékű mechanikus memóriaegységek is építhetők.

„Ezek a mechanikus kapcsolók miniatürizálhatók – emelte ki Mohammed Daqaq, a cikk egyik szerzője és az abu-dzabi New York University alkalmazott nemlineáris dinamika laboratóriumának vezetője. – A terebélyes elektrodinamikus rázóasztal helyett pedig gerjeszthetjük a memóriaegységet megfelelően méretskálázott piezoelektromos és grafén eszközökkel."