Een nieuwe studie heeft aangetoond dat hoogfrequente trillingen ervoor kunnen zorgen dat stenen zichzelf samenvoegen tot een groter 3D-object. een bevinding die op een dag kan helpen om de noodzaak van fabrieksassemblagelijnen weg te nemen.

De bevindingen, vandaag gepubliceerd in het tijdschrift Scientific Reports, signaleren een belangrijke vooruitgang in programmeerbare zelfassemblage, waarvan eerder werd gedacht dat het alleen mogelijk was met eendimensionale of tweedimensionale objecten.

Het onderzoeksteam, geleid door Dr. Ido Bachelet van het Instituut voor Nanotechnologie en Geavanceerde Materialen aan de Bar-Ilan Universiteit in Israël, gebruikte een algoritme uit de Computational Geometry Algorithm Library (CGAL) als onderdeel van een ontwerp waarmee 18 tetraëdrische stenen zichzelf konden assembleren tot een grotere 3D-cilinder.

Deze video toont de blokken in het montageproces. Krediet:Adar HacohenGehele objectassemblage. Krediet:Adar Hacohen

"Montageregels worden gecodeerd door topografische aanwijzingen die op bakstenen gezichten zijn gedrukt, terwijl aantrekkingskracht tussen stenen wordt geleverd door ingebouwde magneten, " zeiden de onderzoekers in hun paper. "De stenen kunnen dan in een container worden gemengd en worden geroerd, wat leidt tot goed geassembleerde objecten met hoge opbrengsten en nul fouten.

"Verbeterde ontwerpen geïnspireerd door ons systeem kunnen leiden tot succesvolle implementatie van zelfassemblage op macroschaal, snelle, on-demand fabricage van objecten zonder dat er assemblagelijnen nodig zijn."

Natuurlijke zelfmontage

Het vermogen van het leven om zichzelf te assembleren is iets dat wetenschappers blijft verbazen:eiwitten, virussen, levende cellen en meercellige organismen zijn allemaal voorbeelden van systemen waarin delen door aantrekking met elkaar verbonden zijn om een ​​structuur of patroon te vormen.

Hamza Bendemra, een onderzoeksingenieur aan de Australian National University, die niet bij het onderzoek betrokken was, zei dat het onderzoek naar 3D-geprinte assemblages opmerkelijk is.

"Het algoritme is geïnspireerd op de moleculaire assemblage van het DNA, " zei hij. Maar hij voegde eraan toe dat er meer onderzoek nodig was om de uitdagingen van de tijd aan te pakken, ruimte en veiligheid voor het model om efficiënter te kunnen vormen en bij elkaar te blijven.

"In de studie, een montage van twee stenen duurde minder dan een minuut om zelf te monteren. Echter, een 18-delige assemblage die meer dan twee uur nodig had om dezelfde prestatie te leveren."

"De componenten zijn onderhevig aan hoge trillingen en botsen keer op keer totdat ze in de juiste combinatie passen. Het zou een uitdaging zijn om zo'n methode te implementeren met materialen met een lage sterkte en een slechte impacttolerantie zonder schade aan te richten."

De toekomst van de bouw?

Bernard Meade, Hoofd Research Compute Services aan de Universiteit van Melbourne, zei dat hoewel het eerste onderzoek beperkt is tot het bouwen van kleine objecten, toekomstige demonstraties waarin andere technieken worden gecombineerd, zoals embedded elektronica, zou de snelle bouw van grotere apparaten levensvatbaar kunnen maken.

"Bijvoorbeeld, een smartphone bestellen met specifieke onderdelen, automatisch geassembleerd en in krimpfolie verpakt met een beschermende coating, kan slechts een paar minuten duren - en er hoeven niet langer duizenden telefoons vooraf te worden gemaakt. Misschien is productie op meubelschaal in de toekomst mogelijk - stel je voor dat IKEA flatpack is - maar ik denk dat het moeilijk zal zijn om iets zo groot als een huis te krijgen."

De volgende stap bij het ontwikkelen van dit onderzoek voor de bouw- en productie-industrie is het gebruik van zowel magnetische krachten als lijmen om ervoor te zorgen dat de assemblage op zijn plaats blijft.

Bendemra was het ermee eens, zeggend dat "de onderzoekers uitstekend werk hebben geleverd door topografische aanwijzingen toe te voegen om ervoor te zorgen dat een unieke combinatie er alleen maar toe zou leiden dat de stukken in elkaar haken. Hun beelden laten duidelijk zien dat stukken die in een niet-gewenste formatie botsen, losraken totdat ze vastklikken zoals gepland. "

"Het aantal onderdelen dat bij de assemblage betrokken is en de aard van de materialen die worden gebruikt (inclusief de magneet) in complexere assemblages, kunnen het gebruik van een dergelijke methode beperken."

Dit verhaal is gepubliceerd met dank aan The Conversation (onder Creative Commons-Attribution/No derivaten).