Mühendis, çok modern bir havacılık problemini çözmek için eski origami sanatını kullanıyor

Kare bir kraft kağıdını narin uzun boyunlu kuşa dönüştürmek için kıvrımlar ve kıvrımlar kullanarak origami kağıttan bir turna yaptıysanız, aynı katlama tekniklerinin bir tanesinde kullanılan yapıları geliştirmek için kullanılması garip görünebilir. modern teknolojinin en gelişmiş alanları: uzay görevleri.

Yine de havacılık mühendisleri, ciddi bir muammayı çözmek için bin yıllık origami sanatına yöneldiler: Yıldız ışığını engelleyebilen kalkanlar ve uzay aracını hareket ettirmeye yardımcı olabilecek yelkenler gibi devasa yapıları, bu yapıları uzaya taşıyan çok daha küçük roketlere nasıl sığdırırsınız? Bu yapıların her birinin boyutları değişse de, 28 metre çapında (yaklaşık bir basketbol sahası uzunluğunda) bir plaj şemsiyesini bir minibüse sığdırmaya çalıştığınızı hayal edin.

Bu sorunun cevabını bulmak, bir gün Dünya benzeri ötegezegenleri ve Dünya sistemini radar uzaktan algılama kullanarak daha iyi ölçecek uzay araçlarını arayacak olan gelecekteki uzay görevlerini mümkün kılmak için çok önemlidir. Ve bu soruna olası çözümler bulmak için origami ilkelerini kullanmanın en başında, uzay mühendisi Manan Arya var.

Stanford Morphing Uzay Yapıları Laboratuvarı başkanı Arya, “Büyük levha benzeri yapılardan, güneş dizileri veya uzay aracı için anten reflektörleri gibi şeylerden bahsettiğimizde, büyük, ince malzeme tabakaları gibi görünüyorlar” diyor. “Yani, ‘Ah, kırışıklıklar koyduk, her yere kıvrımlar koyduk’ diye düşünmek biraz doğal.”

Arya, özellikle ince, tabaka benzeri malzemeleri katlamanın mekaniğini anlayarak, son 30 yılda matematikçilerin ve fizikçilerin origami ile giderek daha fazla ilgilendiğini söylüyor. Arya, Origami’nin geometri, katlama desenleri ve kağıt gibi tabaka benzeri malzemeleri katlama ve buruşturma mekaniği hakkında birçok soru ve sorun ortaya çıkardığını açıklıyor. “Bu problemlerin bir kısmı matematikçiler ve fizikçiler tarafından ele alındı ​​ve bu çekici problemlerin bir kısmı çözülmedi.”

Origaminin cazibesini deneyimleyen sadece onlar değil. “Son 20 yılda,” diyor, “bütün bu tür matematiksel, fiziksel fikirleri alan ve bunları ürün yapımında kullanmak üzere uyarlayan daha fazla mühendis oldu.”

Arya, bu alana Toronto Üniversitesi’nde bir lisans öğrencisi olarak, küçük uzay araçlarını hareket ettirmek için güneşin radyasyonunu kullanan ve onları ağır itici yakıt taşıma ihtiyacından kurtaran çok ince yelkenler olan güneş yelkenleriyle çalışırken başladı. Mümkün olduğunca fazla radyasyon yakalamak için, bu güneş yelkenleri 20’ye 20 metreye kadar devasa, uzay aracının kendisi ise bir somun ekmek boyutunda. “Çok hızlı bir şekilde, bu yelkenleri uzay aracına nasıl paketleyeceğiniz sorununa saplandım?” diyor Arya. “Bunu nasıl paketleyeceğiz, bunu nasıl katlayacağız açısından oldukça ilginç bir problem haline geldi ve origami’ye bu şekilde girdim.”

Arya, 2011 yılında Toronto Üniversitesi’nden mezun oldu ve doktora derecesini aldı. 2016 yılında Caltech’ten. Bu yılın başlarında Stanford’a gelmeden önce, origamiye olan ilgisini Caltech’in Jet Propulsion Laboratuvarı’na getirdi. Oradayken, uzay mühendisliğinde önemli bir zorluğun çözülmesine yardımcı olmak için origamiden ilham alan katlama şemaları tasarladı ve test etti: Dünya benzeri ötegezegenleri aramak.

Bu tür ötegezegenlerin araştırılması NASA içinde kritik bir keşif alanıdır, ancak Arya, bu gezegenleri bulmaya çalışmanın “bir projektörün yanında uçan bir ateş böceğinin fotoğrafını çekmeye çalışmak gibi” olduğunu söylüyor. Bu ötegezegenlerin yörüngesindeki yıldızlar, gezegenin kendisinden 1-10 milyar kat daha parlaktır, bu nedenle en güçlü teleskoplar bile göreceli zayıf parıltılarını yakalamak için mücadele eder. (Arya’ya göre matematiği yaparsanız ateş böceğinin fotoğrafını çekmek yaklaşık bin kat daha kolay oluyor.)

Bu zorluğun olası bir çözümü, yıldız ışığını 10 milyar kat azaltabilen ve bilim adamlarının nihayet aradıkları ötegezegenleri görmelerini sağlayan bir tür yapay tutulma yaratan büyük bir disk olan yıldız gölgesi adı verilen bir cihaz yaratmaktır. . Arya’nın yıldız gölgesi modeli parlak altın rengindedir ve çiçek açan bir çiçek gibi açılan bir sarmal ile yansıtıcıdır. Tamamen açıldığında, Arya’nın yıldız gölgeliği 26 metre çapında, yaklaşık bir basketbol sahası uzunluğundadır ve yaklaşık 2 metre boyunda ve 2,5 metre çapında bir silindire sığacak şekilde tasarlanmıştır.

Ancak zarif ve görsel olarak çarpıcı olmasına rağmen, kullanıma hazır olmadığını söylüyor. Arya, “Yıldız gölgesi şu anki sürümünde uçmayacak. Hala teknoloji geliştirme aşamasındayız” diyor. Bunun nedeni, NASA’nın yeni teknolojilerin uzay görevlerine dahil edilmeden önce belirli bir Teknoloji Hazırlık Düzeyinde veya TRL’de olmasını istediğini açıklıyor. Yıldız gölgesi TRL4 ve TRL5 arasındadır, yani NASA’nın bir uzay görevine hazırlanmaya başladığı TRL6’ya ulaşmadan önce biraz daha test ve analize ihtiyacı vardır.

Daha yakın zamanlarda, Arya aslında basit bir düz kağıt yaprağıyla başlamayan origami ile ilgilenmeye başladı – daha çok büyük bir lahana parçasını katlamaya benzer bir şey. Arya, “Fırfır gibi, tüm bu kıvrımlara sahip; o lahana parçasını asla düzleştiremezsiniz” diye açıklıyor. Oluklar, uzay aracı yapılarına, ince tabaka benzeri malzemelerle mümkün olmayan yük taşıma gibi ek işlevleri üstlenmelerini sağlayan güç ve stabilite katar. Arya için bu, yeni bir dizi zorluk sunuyor: Düz kağıtlar için geliştirilmiş origami kurallarını nasıl alıyor ve bunları düz olmayan şeylere uyguluyorsunuz?

Origami meraklıları arasında bu çok fazla bir katlama gibi görünebilir. Sanatın geleneksel meraklıları, her origami deseninin tek bir kağıt yaprağıyla, kesiksiz, birden fazla kağıdı birbirine yapıştırmadan başladığı beklentisine sahiptir. Ancak Arya, lahana benzeri uzay yapılarını paketleme dünyasına girerken, bu temel kuralı yıkması gerektiğini biliyor. “Biz mühendisiz, değil mi? Kesebiliriz. Daha fazla kağıda yapıştırabilir veya birden fazla kağıdı üst üste istifleyebiliriz. Bu da ilginç davranışlara, mühendisler için yararlı olan ilginç mekaniklere yol açar.”

Gerçekten de, kurallar bükülüp kırıldıkça, uzay yapılarını dönüştürmek için çözümlerin sayısı artar. Arya, “Tasarım alanı sınırsızdır” diyor.