3D打印八爪魚(yú)一樣伸縮運(yùn)動(dòng)自如的望遠(yuǎn)鏡

3D打印適用于制造自由曲面造型產(chǎn)品的特點(diǎn)為我們打開(kāi)了一個(gè)神奇的魔法盒子。讓這個(gè)世界的產(chǎn)品變得更加充滿樂(lè)趣和腦洞大開(kāi)的想象力?？▋?nèi)基梅隆的研究人員一直致力于改進(jìn)建立伸縮結(jié)構(gòu)的新方法，特別沿著曲線方向的變化。據(jù)南極熊了解，最近，他們創(chuàng)造了一種基于數(shù)學(xué)算法的新模型，這種沿著曲線變化自如的建模作品通過(guò)望遠(yuǎn)鏡的形式展示出來(lái)。

Christopher Yu，Keenan Crane和Stelian Coros在他們最近發(fā)表的“伸縮結(jié)構(gòu)計(jì)算設(shè)計(jì)”一文中詳細(xì)介紹了他們的研究發(fā)現(xiàn)。

伸縮結(jié)構(gòu)適用于部署那些必須緊湊且富有變化的應(yīng)用場(chǎng)景。然而，到目前為止，還沒(méi)有系統(tǒng)地研究可以通過(guò)伸縮結(jié)構(gòu)建模的形狀類型，也沒(méi)有用于伸縮設(shè)計(jì)的實(shí)用工具。

卡內(nèi)基梅隆的重點(diǎn)是分段螺旋空間曲線與扭轉(zhuǎn)脈沖，在此基礎(chǔ)上，團(tuán)隊(duì)繼續(xù)為用戶開(kāi)發(fā)了能夠伸縮的結(jié)構(gòu)體系。用戶的草圖和網(wǎng)格用于創(chuàng)建曲線骨架，研究團(tuán)隊(duì)拓展了在動(dòng)畫(huà)和機(jī)器人領(lǐng)域的應(yīng)用。

伸縮殼的基本形狀是沿著稱為內(nèi)側(cè)曲線的螺旋路徑，掃掠生成的實(shí)心。任何這樣的形狀（底部）可以通過(guò)連續(xù)的螺旋運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)自身的滑動(dòng)。研究人員指出，雖然對(duì)這一課題的研究并不多，但航天領(lǐng)域的研究人員已經(jīng)有機(jī)會(huì)利用這種建模算法來(lái)開(kāi)發(fā)機(jī)器人和橋梁等應(yīng)用。以前的工作重點(diǎn)是：
- 可部署的結(jié)構(gòu)
- 緊湊型存儲(chǔ)
- 計(jì)算折疊
- 空間曲線的幾何形狀
- 網(wǎng)格骨架化

在使用分段螺旋曲線時(shí)，團(tuán)隊(duì)的目標(biāo)如下：
- 給定作為密集采樣的折線
- 通過(guò)熱流曲率將曲線平滑化
- 將曲線劃分為段，并通過(guò)計(jì)算確定其扭轉(zhuǎn)的最佳近似值
- 將每個(gè)段轉(zhuǎn)換成伸縮殼

團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)他們能夠通過(guò)構(gòu)建曲率和扭轉(zhuǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)優(yōu)化?？梢酝ㄟ^(guò)找到將螺旋近似的端點(diǎn)與給定曲線的端點(diǎn)對(duì)齊的旋轉(zhuǎn)和均勻縮放來(lái)避免曲線端點(diǎn)（可能需要連接到其他曲線）的漂移。

該團(tuán)隊(duì)還必須努力調(diào)整3D打印的方法來(lái)獲得想要的制作結(jié)果，他們必須創(chuàng)建殼半徑的線性膠帶，以保持殼連接，并使每個(gè)外殼更長(zhǎng)。

下一步，研究團(tuán)隊(duì)將在目前的模式基礎(chǔ)上繼續(xù)他們的工作，改進(jìn)的工作目標(biāo)包括改進(jìn)幾何近似算法，以及用伸縮分離器代替目前的一些接合點(diǎn)。這種建模的價(jià)值在于，延伸和扭轉(zhuǎn)脈沖的機(jī)械致動(dòng)特點(diǎn)可以為機(jī)械領(lǐng)域帶來(lái)自動(dòng)可部署性和可控性，從而適用于工程和機(jī)器人領(lǐng)域的應(yīng)用。

來(lái)源：3D科學(xué)谷
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