3D tiskárny umí díky origami vyrobit složité předměty

- Technologie autor: Ladislav Loukota

Běžnou optikou je origami tradiční japonské umění skládání předmětů z papíru - pokud nemáte zrovna slabost pro malé jeřáby, mohlo by se zdát, že origami bude mít velmi malou praktickou užitečnost. Opak je však pravdou. Lekce původního origami totiž pomáhají 3D tisku vyvinout složitější předměty, které lze vytisknout na jednu plochu, přesto však následně mohou nabýt odlišného tvaru. Nejde přitom o jediný příklad užitečnosti origami.

3D vytisknuté "origami"

3D vytisknuté "origami",zdroj: Christopher Moore, Georgia Tech

Ačkoliv 3D tisk slibuje velké věci pro materiálovou produkci, k dokonalosti mu stále cosi schází. Hlavním příslibem 3D tisku je možnost automaticky vytvářet složité předměty, které by s využitím starších produkčních metod byly příliš drahé a komplikované.

Produkce součástek 3D tiskem má však stále problém s kombinací dílků do větších celků. 3D vytisknuté součásti musí někdo složit do finální podoby, což metodu komplikuje. K získání užitečného předmětu je potřeba více kroků, přičemž 3D tisk je jenom prvním z nich. Co kdyby se však 3D tisk bez dalšího mezikroku obešel, a dovedl by vytvářet relativně komplexní předměty sám o sobě?

Právě to slibuje práce týmu Ce-ang Čao z Georgijského technologického institutu v USA. Tomu se skrze kombinaci origami a 3D tisku podařilo vyprodukovat lehké, rozšířitelné a pevné předměty v jediném kroku, totiž při tisku samotném. "Máme zde prototyp integrovaného systému pro tisk komplexního origami. Potenciál k aplikaci je obrovský," sdělil ve vyjádření profesor Glaucio H. Paulino z technologického institutu.

Výzkumníci využili 3D metodu DLP k vytvoření předmětů podobných skládací harmonice, které jsou s to jak unést velkou zátěž, tak se i skládat do sebe. Klíčem k tomu byla výroba relativně tenčích částí konstrukce, které jako malé "panty" dovolují ohyb panelů do sebe. Vnitřní část předmětu pak pomáhá nést zátěž.

Výhodou DLP, které "tvaruje" požadovaný předmět z polymerové tekutiny pomocí ultrafialového světla, je především rychlost a přesnost 3D tisku. Produkce podobných předmětů by tak mohla být podstatně levnější než doposud.

Vytvořený "paleta" je jenom jedním předmětů, které vyprodukoval Čaoův tým. Nemusí se to zdát jako velký krok kupředu, doposud však produkce podobných předmětů vyžadovala více kroků a/nebo více typů materiálu. Rovněž bylo složité vytvářet vnitřní duté prostory vyžadující odstranění podpůrných prvků. V neposlední řadě 3D tisknuté materiály obvykle neumožňují opakované ohýbání. V tom všem je nová práce pokrokem kupředu.

Praktická stránka origami

3D tisk spolu s origami přitom stojí na počátku potenciálních budoucích možností - jednou by vytisknuté předměty mohly provádět úlohy, které si dnes spojujeme s jednoduššími motory, nebo by se po vytisknutí složily do zcela jiné, užitečnější podoby.

Možnosti origami pro 3D tisk totiž zdaleka nejsou jediným příkladem toho, kterak origami pomáhá moderní vědě. Možnosti skládání 2D ploch do 3D předmětu, popřípadě transformace jednoho 3D předmětu do jiného 3D předmětu, má naopak přesah od mikrosvěta až po kosmické dálavy.

V ranku toho prvního je takzvané "DNA origami", tedy možnost skládat úseky DNA na nanoškále do různých specifických tvarů. První DNA origami vyvinuli vědci v roce 2006 - od té doby praktika pokročila značně daleko. DNA origami typicky neslouží k přenosu genetických informací, tedy úkonu, který si s DNA nejčastěji asociujeme. Namísto toho vědci skrze skládání deoxyribonukleové kyseliny umí její řetězce překovat do miniaturních biologických robotů.

DNA sama o sobě je velmi dobře pochopena, vědci tak s pomocí DNA origami vytvořili funkční molekulární nanoroboty, ale například již i dovedli z DNA origami udělat slupku kolem léčivé látky. Taková konstrukce následně našla krevním řečištěm cestu k rakovinovému nádoru, kde se DNA origami schránka rozevřela a uvolnila léčivo. Podobné cílené doručování léků slibuje i díky DNA origami velké věci pro budoucnost medicíny.

Součástky kosmických sond vyvinuté s prvky origami

Součástky kosmických sond vyvinuté s prvky origami,zdroj:NASA/JPL-Caltech

Také v kosmickém prostoru dává origami inspiraci novým vynálezům. Limitace kosmických nákladů znamenají, že každé druhé rozevření solárních panelů, clony anebo antény do nějaké míry staví na origami již dávno. Od budoucnosti kosmonautiky se ale obecně očekávají dvě velké aplikace, které budou na principu origami stát ještě více - laserové plachetnice a nafukovací konstrukce.

Laserové plachetnice, jejichž pohonem bude světlo dodávané z vnějšího zdroje, by mohly být "motorem" miniaturních mezihvězdných sond, ale dost možná i hlavním přepravním režimem materiálu po sluneční soustavě. Jejich princip je totiž efektivnější než v případě chemického pohonu, dopravovaný materiál se obejde bez paliva na své palubě, ale naopak adresát i adresovaný musí být již kolonizovaný (aby disponovaly silnými lasery pro akceleraci/zpomalení materiálu).

Dostatečně silné lasery zatím nemáme, čím skladnější však budou i plachty samotné, tím levnější přeprava také bude. Totéž platí pro nafukovací konstrukce. Společnosti jako Bigelow Aerospace chtějí v příští dekádě vybudovat první nafukovací stanice na oběžné dráze. Dnes, kdy stojí obytné nafukovací konstrukce teprve na počátku své aplikace, jejich design počítá čistě s válcovými konstrukcemi - lze si však představit, že jejich nástupci budou s to nabídnout komplexnější tvary.

Ty pak budou opět nějakým způsobem stavět na umění origami.

Studie origami 3D tisku byla publikována v Soft Matter

Tagy: nanotechnologie 3D tiskárna 3D technologie věda a technika věda a poznání inovace a technologie