حسنًا، المفصلات الحية، أليس كذلك؟ مثلاً، فكر في عدد المرات التي استخدمت فيها واحدًا اليوم فقط. أوه، نعم، أراهن. إنه أكثر مما تدرك، بالتأكيد. زجاجات الشامبو، وأجهزة الكمبيوتر المحمولة، وحتى بعض الأقلام. كما تعلمون، أردت معرفة المزيد حول ما الذي يجعلهم ينجحون، أليس كذلك. لماذا بعض المواد أفضل من غيرها.
نعم، إنها واحدة من تلك الأشياء التي لا تفكر فيها حتى تنكسر.
بالضبط. ومن ثم تتساءل، انتظر، كيف أفسدت هذه القطعة الصغيرة من البلاستيك يومي؟
تماما. لذلك بحثنا في كل تلك المصادر التي أرسلتها. هناك الكثير من الأشياء التقنية هناك، ولكن أيضًا بعض الأفكار الرائعة حقًا من مصمم كان هناك، وقام بذلك باستخدام مفصلات حية.
نعم، لدينا المخططات وقصص المعركة. لكن قبل أن نتعمق أكثر، هل يمكننا أن نحدد ما هي المفصلة الحية؟ يجب أن أعترف، كانت لدي هذه الصورة في ذهني، مثل باب صغير به مفصلات منفصلة.
أوه، لا، لا، لا شيء من هذا القبيل. إنها طريقة أكثر أناقة.
نعم.
كل شيء عبارة عن قطعة واحدة من المواد، وعادةً ما تكون من البلاستيك. وقد تم تشكيلها بحيث تحتوي على هذه الأجزاء الصلبة المتصلة بهذه المنطقة المرنة حتى تتمكن من الانحناء دون الحاجة إلى قطع إضافية.
أطلق عليه أحد المقالات اسم العثور على ممر سري في التصميم.
أحب ذلك.
أنا أيضاً. لكنه ليس سحراً، أليس كذلك؟ انها مثل العلم. شيء عن كيفية اصطفاف الجزيئات أثناء عملية التشكيل.
لقد حصلت عليه. إنه مثل، تخيل أن لديك كل هذه السلاسل الطويلة من الجزيئات، مثل خيوط السباغيتي، كلها متشابكة.
تمام. أنا أتصور ذلك.
أثناء التشكيل، يتم تمديدها ومحاذاة في اتجاه واحد، بحيث تمنحها هذه المحاذاة المرونة في الانحناء والقوة لمقاومة الكسر.
لذلك لا يتعلق الأمر فقط بالانحناء. يتعلق الأمر بكونك مرنًا وقويًا. مثل غطاء زجاجة الشامبو تلك. من المحتمل أنك تفتحه وتغلقه مائة مرة، ويستمر في العمل.
بالضبط. وبالحديث عن المواد، يبدو مما قرأناه أن مادة البولي بروبيلين هي الملك.
نعم. حتى أن صديقنا المصمم يطلق عليه اسم السحر الجزيئي.
حسنا، انها قريبة جدا. أشعر بالفضول بشأن بعض المتنافسين الآخرين المذكورين. مثلًا، هناك مادة البولي إيثيلين، لكن يبدو أن المصممين مترددون بشأنها. ما هي الصفقة هناك؟
نعم، هل هو مثل مادة البولي بروبيلين التي لا تحمل علامة تجارية؟
قد يكون الأمر مغريًا لأنه عادة ما يكون أرخص. إذن هناك hdpe، النوع عالي الكثافة، وهو مخصص للمفصلات بالفعل. ثم هناك البولي إثيلين المنخفض الكثافة (LDPE)، وهو منخفض الكثافة. هذه الأشياء مرنة للغاية، ومطاطية تقريبًا.
مرن جدًا. ولكن ربما ليس بهذه الصعوبة. يبدو أن مصممنا قد يكون لديه قصة حول ذلك.
أوه، نعم، لقد تعلموا بالطريقة الصعبة. لقد حاولوا توفير بضعة دولارات في مشروع ما باستخدام بلاستيك أرخص للمفصلة. النموذج الأولي يعمل بشكل جيد، ولكن أثناء اختبار العالم الحقيقي. فرقعة. انها فقط لا تستطيع التعامل مع التوتر.
أوه. هذا يجب أن يؤذي. ليس فقط المفصلة، ولكن الأنا أيضًا، بالتأكيد.
وهو يسلط الضوء حقًا على أن اختيار المواد هو أكثر من مجرد مدى قدرتها على الانحناء. أعني أن هناك هذا الجدول بأكمله في إحدى المقالات التي تقارن أشياء مثل قوة الشد ومقاومة الصدمات.
الفيزياء. ذكريات الماضي الطبقة ، أي شخص؟
يمين. لكن هذه الأشياء مهمة بالنسبة للمفصلة للبقاء على قيد الحياة في البرية.
حسنا، ذكرني. قوة الشد، مثل مدى قدرتك على سحب شيء ما قبله، أو تمدده خارج الشكل.
بالضبط. أنت لا تريد أن تصبح مفصلتك معكرونة. ومقاومة التأثير؟ نعم، هذا يتعلق بالنجاة من السقوط والصدمات. مثلاً، فكر في عدد المرات التي أسقطت فيها هاتفك.
لا تريد حتى الذهاب إلى هناك. لذا، إذا كنت أقرأ هذا الجدول بشكل صحيح، فإن مادة البولي بروبيلين هي الفائزة في كل فئة.
الى حد كبير. قوية، مرنة، A وD، فعالة من حيث التكلفة. إنها تحتوي على الحزمة بأكملها، لكنها ليست الطريقة الوحيدة لوصول المواد إلى هناك.
صحيح، صحيح. مثل، هناك النايلون، أليس كذلك؟ إنها تتمتع بقوة شد عالية جدًا، لكن يبدو أنها تفتقر إلى المرونة التي نحتاجها. يجعلك تتساءل، هل هناك موقف لا يكون فيه البولي بروبلين هو الخيار الأفضل؟
أوه بالتأكيد. في بعض الأحيان تحتاج إلى شيء أكثر تخصصًا. كما لو كان لديك مفصلة تحتاج إلى أن تكون مرنة للغاية، على سبيل المثال، لزر الهاتف. هاتف. ثم قد تنظر إلى اللدائن المرنة بالحرارة. أجهزة TPE.
أجهزة TPE. يبدو مستقبليا.
إنهم نوع من الهجين بين المطاط والبلاستيك. لذلك فهي تتمتع بالمرونة المطاطية، ولكن مع قوة البلاستيك وقابليته للمعالجة.
لذلك تصبح مرنًا وقويًا، ولكن، مثل المستوى التالي، يجعل الانحناء مادة البولي بروبيلين تبدو وكأنها مدرسة قديمة.
حسنا، ذلك يعتمد على ما تحتاجه. يبدو الأمر كما لو أن مادة البولي بروبيلين هي العمود الفقري الموثوق به. مناسب لمعظم المفصلات، ولكن عندما تحتاج إلى شيء إضافي، عليك البدء في النظر إلى هذه المواد الأكثر تخصصًا.
لذا، على سبيل المثال، إذا كنت تصمم هاتفًا قابلاً للطي أو شيئًا مضغوطًا للغاية، فستحتاج إلى تلك المرونة الإضافية.
بالضبط. وذكرت المصادر هذا التطور الرائع حقًا مع الطباعة ثلاثية الأبعاد والبولي يوريثين الحراري المصنوع من مادة TPU. إنه تغيير كامل لقواعد اللعبة لصنع تصميمات مخصصة.
حسنا، أنا مفتون. أعلم أن الطباعة ثلاثية الأبعاد أصبحت كبيرة، ولكن كيف ستغير لعبة المفصلات الحية؟
حسنًا، التصنيع التقليدي له حدود على مدى تعقيد هندسة المفصلات لديك. ولكن مع الطباعة ثلاثية الأبعاد والـ TPU، يمكنك تصميم وطباعة المفصلات بأي شكل يمكنك تخيله تقريبًا.
هل تم تصميم المفصلات المخصصة خصيصًا لتلبية ما تحتاجه بالضبط؟
بالضبط. يبدو الأمر كما لو أن المصممين فجأة لا يقتصرون على ما يمكن أن تفعله المصانع. يمكنهم صنع مفصلات مُحسّنة لحركات وضغوط معينة وحتى كيف تبدو.
هذا البرية جدا. يبدو الأمر كما لو أن مستقبل المفصلات يحصل على ترقية جادة.
إنه حقا كذلك. نعم. وهناك أيضًا تلميحات لأشياء أكثر مستقبلية مثل المركبات النانوية. تخيل البوليمرات، ولكن يتم تعزيزها بجزيئات نانوية صغيرة لجعلها أقوى وأكثر متانة.
المركبات النانوية. حسنًا، أنت الآن تختلق أشياءً مستوحاة مباشرة من فيلم خارق.
إنه نوع من ذلك. يمين. لكنها حقيقية. نحن نتحدث عن المواد الهندسية على المستوى الجزيئي. إنها الأيام الأولى، لكن الإمكانات هائلة.
حسنًا، قد يكون البولي بروبيلين هو الملك الآن، ولكن يبدو أن هناك منافسة جدية قادمة. هذا يشبه لعبة العروش في العلوم المادية، ولكن نأمل أن يكون أقل إراقة للدماء.
بالضبط. وأفضل جزء هو أننا بدأنا للتو. لقد قمنا بتغطية ماهية المواد وأسبابها، لكننا لم نتطرق حتى إلى أسرار التصميم الفعلية. ما الذي يجعل المفصلة الحية. عظيم حقا.
حسنا، الآن لقد جعلتني مدمن مخدرات. دعونا نتحدث عن نصائح التصميم. أنا على استعداد لرفع مستوى معرفتي بالمفصلات.
حسنًا، أسرار التصميم، لأنه، كما تعلمون، يمكنك الحصول على أفضل المواد، ولكن إذا كان تصميم المفصلة الخاص بك معيبًا بشكل أساسي.
نعم، يبدو الأمر وكأنك تمتلك أفضل المكونات، ولكن ليس لديك أي فكرة عن كيفية خبز الكعكة.
تماما. ويؤكد صديقنا المصمم حقًا أن الأمر كله يتعلق بفهم القوى المؤثرة.
نعم. لقد تحدثوا عن قضاء ساعات في محاكاة التصميم بمساعدة الكمبيوتر (CAD)، تقريبًا مثل تعديل التصميمات رقميًا لمعرفة مكان تعطلها.
هذا أمر ذكي، لأنه في العالم الحقيقي، لا تنحني المفصلة ذهابًا وإيابًا بشكل جيد فحسب. يمين. يصبح ملتويًا، وسحبًا، وسقطًا.
كل الأشياء الممتعة.
يمين. لذلك عليك أن تتوقع كل ذلك وتصمم وفقًا لذلك. أي النصائح التي برزت حقا بالنسبة لك؟
حسنًا، إنها كبيرة حقًا من حيث السُمك الموحد في المفصلة، وهو ما كنت أفكر فيه في البداية، أليس هذا واضحًا؟
نعم، اعتقدت ذلك أيضا.
ولكن بعد ذلك أظهروا بعض الأمثلة حيث، حتى الاختلافات الدقيقة في السُمك، تخلق نقاط ضعف.
من المنطقي. مثلًا، إذا كان أحد الأجزاء أرق قليلًا، فهذا هو المكان الذي سيتركز فيه الضغط.
يمين. إنه مثل تخيل جسر به قسم واحد أضعف من الأجزاء الأخرى. هذا هو المكان الذي سوف ينهار فيه.
بالضبط. نفس المبدأ مع المفصلة الحية.
حسنًا، سمك موحد جدًا. فهمتها. ماذا بعد؟
نصف القطر. مصممنا مهووس بنصف القطر.
نصف القطر كما في الجمع لنصف القطر.
يعيدني إلى صف الهندسة هنا. ويعني ذلك في الأساس استخدام منحنيات لطيفة بدلاً من الزوايا الحادة في التصميم.
أوه، حسنا. أتذكر أنهم أعطوا هذا المثال لتصميماتهم المبكرة التي كانت تحتوي على زوايا حادة وظلوا يتعرضون لكسور الإجهاد، مثل الكسر حرفيًا في الزوايا.
يمين. ومرة أخرى، يتعلق الأمر بتركيز التوتر. شار مثل هذه النقاط المحورية الصغيرة حيث يتراكم التوتر. لذلك من المرجح أن تنكسر المفصلة هناك. منحنيات ناعمة، كما تعلمون، أنصاف الأقطار، توزع الضغط بشكل متساوٍ.
لذا فالأمر يشبه تقريب حواف قطعة الأثاث. ليس فقط للمظهر، ولكن للقوة.
بالضبط. وهذا هو المكان الذي تأتي فيه تجربة العالم الحقيقي للمصمم. لقد شددوا حقًا على النماذج الأولية والاختبار، ليس مرة واحدة فقط، ولكن طوال عملية التصميم بأكملها.
نعم. لقد ذكروا على وجه التحديد الطباعة ثلاثية الأبعاد للنماذج الأولية، وهو أمر منطقي تمامًا الآن. إنه سهل الوصول إليه.
يمين. انها مثل تغيير قواعد اللعبة. يمكنك طباعة نموذج أولي، واختباره، ومعرفة مكان كسره، ثم تعديل التصميم وطباعة نموذج جديد. التكرار بسرعة فائقة.
وأنا أحب أنهم لا يتوقفون عند النماذج المرئية فقط. يوصون بإجراء اختبارات الدورة فعليًا لمحاكاة الاستخدام في العالم الحقيقي.
وهذا أمر مهم جدًا لأنه لا يمكنك افتراض أنه سيعمل بناءً على الشكل الذي يظهر به على الكمبيوتر. عليك أن تجربه في خطواته، وأن تفتحه وتغلقه عدة مرات، لترى كيف يتعامل مع القوى التي سيواجهها بالفعل.
إنه مثل بطل التمهيد للمفصلات.
فقط الأقوياء هم من يبقون على قيد الحياة. ويمنحك هذا النوع من الاختبارات الثقة بأنك تعلم أن تصميمك سيصمد بالفعل.
حسنًا، لدينا المواد ومبادئ التصميم والاختبار. لكن مع كل هذا الحديث عن مستقبل المفصلات الحية، يجعلني أتساءل، ما هي الصورة الأكبر هنا؟ أين يمكن أن تذهب هذه التكنولوجيا؟
هذا ما هو مثير للغاية. أعني أننا ركزنا على مادة البولي بروبيلين، ولكن هناك عالم كامل من البوليمرات المتقدمة. مثل تلك TPEs التي تحدثنا عنها بمرونتك المجنونة وTPU، والتي تُحدث تغييرًا جذريًا في الطباعة ثلاثية الأبعاد.
ولا يمكننا أن ننسى المواد البلاستيكية الحيوية. أصبحت الاستدامة صفقة كبيرة.
قطعاً. أصبحت المواد مثل PLA المصنوعة من نشا الذرة جيدة بما يكفي لاستخدامها في المفصلات الحية، لذا فهي خيار صديق للبيئة دون التضحية بالأداء.
لذا تخيل أن تلك المفصلات اليومية، تلك التي نعتبرها أمرا مفروغا منه، مصنوعة من موارد متجددة، مفيدة للكوكب، وما زالت تعمل بشكل رائع.
نعم، إنه فوز. ولا يتعلق الأمر فقط بالمواد نفسها. يمين. التصنيع الإضافي، مثل الطباعة ثلاثية الأبعاد، يتيح لك صنع مثل هذه الأشكال المعقدة، لذلك فهو يفتح عالمًا جديدًا تمامًا من الإمكانيات لتصميم المفصلات.
لقد تحدثنا عن التصاميم المخصصة، ولكنني أفكر أيضًا في القيادة الخفيفة. تتيح لك الطباعة ثلاثية الأبعاد إنشاء تلك الهياكل الداخلية المعقدة حتى تتمكن من الحفاظ على القوة ولكن باستخدام مواد أقل.
بشكل عام، يعد هذا أمرًا ضخمًا بالنسبة لأشياء مثل الطيران أو السيارات التي يكون فيها الوزن مهمًا حقًا. قوية وخفيفة للغاية.
ثم هناك هذا الشيء بأكمله من المركبات النانوية. يمين. تعزيز البوليمرات بالجسيمات النانوية لجعلها أقوى. يبدو الأمر جيدًا جدًا لدرجة يصعب تصديقها.
إنها بالتأكيد أحدث التقنيات، لكن الإمكانات موجودة. تخيل أن المفصلات المتينة بشكل يبعث على السخرية يمكنها تحمل درجات الحرارة القصوى، وربما حتى الشفاء الذاتي.
مفصلات الشفاء الذاتي. حسنًا، الآن هذا خيال علمي. مثل الخدش أو الكراك يمكن أن يختفي بمرور الوقت.
انها ليست بعيدة جدا. ويعمل الباحثون بالفعل على بوليمرات ذاتية الشفاء. سوف يحدث.
لذا قد يكون البولي بروبلين هو الملك في الوقت الحالي، ولكن يبدو أن هناك منافسة جدية في الأفق بالتأكيد.
وهناك مصممون يتخطىون الحدود ويرتكبون الأخطاء ويتعلمون ويبتكرون تصميمات مفصلية أفضل وأكثر استدامة وحتى أكثر ذكاءً.
إنه لأمر رائع حقا أن نرى. أعني أنني بالفعل أنظر إلى الأشياء اليومية بشكل مختلف الآن. وكأن عالماً جديداً قد انفتح.
إنه لأمر مدهش ما يمكن أن يفعله القليل من البحث المركز. ونحن لم ننتهي بعد.
حقيقي. لقد تحدثنا عن الحاضر والمستقبل، ولكنني أشعر بالفضول حقًا لسماع ما سيقوله المصمم عن الدروس التي تعلمها. تجارب العالم الحقيقي هذه لا تقدر بثمن.
قطعاً. دعونا نستفيد من حكمتهم ونرى ما هي الأفكار التي يجب عليهم مشاركتها. هند الحكمة من الخنادق.
حسنًا، لقد تحدثنا عن المواد، وتحدثنا عن التصميم، وحتى أننا ألقينا نظرة خاطفة على المستقبل قليلاً. لكنني أشعر بالفضول حقًا بشأن دروس العالم الحقيقي. الأشياء التي تتعلمها فقط من خلال القيام بها بالفعل وربما العبث على طول الطريق.
يمين. مثل، ما الذي يختبرونه بالفعل في العمل مع هذه الأشياء؟
يبدو أن أصدقائنا المصممين لديهم بعض القصص الجيدة ليرويوها.
أوه نعم. إنهم يؤكدون بالتأكيد على أهمية الفهم الحقيقي لدورة حياة منتجك. لا يكفي تصميم مفصلة تعمل فقط، كما تعلمون، في المختبر.
يمين. يجب أن يبقى على قيد الحياة في البرية.
عليك أن تفكر في كيفية أدائها مع مرور الوقت. كما هو الحال من خلال آلاف الدورات في جميع أنواع الظروف.
نعم. لقد قالوا شيئًا عن التصميم من أجل التغلب الحتمي على المنتج في العالم الحقيقي، وهو ما أعنيه، نقطة عادلة.
تماما. نحن نسقط الأشياء، ونسكب الأشياء، ونضع الأشياء في أكياس مملوءة جدًا.
بالضبط. ويبدو أنهم تعلموا في وقت مبكر أن الاختبار يجب أن يتجاوز المختبر. مثلاً، كانوا يتحدثون عن إرسال نماذج أولية إلى المنزل مع الأصدقاء والعائلة.
أوه، واو. مثل خنازير غينيا.
نعم، في الأساس يحولون أحبائهم إلى، مثل، مختبري المفصلات عن غير قصد.
أنا أحب ذلك.
أستطيع فقط أن أتصور ذلك. توزيع النماذج الأولية في إحدى الحفلات. مهلا، جرب زجاجة المياه الجديدة هذه. اسمحوا لي أن أعرف إذا المفصلة يستقر.
لكن، كما تعلمون، ربما أدى ذلك إلى بعض الأفكار القيمة. أشياء لم يكن بإمكانهم اكتشافها في المختبر.
نعم، هذا يذكرني بتلك المقولة، مثلًا، أفضل طريقة لاختبار المنتج هي إعطاؤه لمراهق. من المؤكد أنهم سيجدون طرقًا لكسرها لم تتخيلها أبدًا. عند الحديث عن كسر الأشياء، كان لدى مصممنا هذا التشبيه الرائع حول المواد. قالوا إن اختيار المادة الخاطئة للمفصلة الحية يشبه بناء منزل على الرمال.
أوه، أنا أحب ذلك.
قد يبدو الأمر جيدًا في البداية، لكنه لن يدوم.
صحيح جدا. إنه يؤكد حقًا أنه حتى التصميم الرائع يمكن أن يدمر تمامًا بسبب المواد الخاطئة.
انها مثل محاولة تشغيل ماراثون في الوجه يتخبط. لن تنتهي بشكل جيد.
بالضبط. وكان لديهم أيضًا بعض الأفكار المثيرة للاهتمام حول مستقبل تصميم المفصلات. إنهم متحمسون حقًا لدمج المفصلات الحية مع التقنيات الأخرى.
أوه، حسنا. مثل ماذا؟ أعطني مثالا.
حسنًا، إنهم يتصورون مفصلات مزودة بأجهزة استشعار مدمجة يمكنها مراقبة أشياء مثل البلى أو مستويات الضغط.
لذا، في الأساس، يمكن للمفصلة أن تخبرك عندما تكون على وشك الفشل.
نعم، مثل التنبؤ بالمشكلات المحتملة قبل حدوثها.
هذا ذكي. مثلًا، حرفيًا، يمكن للمفصلة الذكية أن تُحدث ثورة في دورات حياة المنتج. اجعل الأشياء تدوم لفترة أطول، ونفايات أقل.
يمين. وهم أيضًا مفتونون بالمفصلات المتغيرة الشكل. المفصلات التي يمكنها، مثلاً، تعديل شكلها الهندسي أو صلابتها حسب الطلب.
يتمسك. مفصلات متغيرة الشكل؟ هل نحن في فيلم محولات الآن؟
انها ليست مجنونة كما يبدو. هناك مواد يمكنها بالفعل الاستجابة لأشياء مثل الحرارة أو الكهرباء وتغيير شكلها أو مدى مرونتها.
مثلًا، المفصلة المتصلبة تتصلب عندما تحتاج إلى دعم حمل ثقيل، ثم تسترخي عندما لا تحتاج إلى ذلك. هذا البرية.
تخيل ما يمكنك القيام به مع ذلك. الروبوتات والأطراف الصناعية وحتى الأثاث الذي يتكيف مع الاستخدامات المختلفة.
حسنًا ، ذهني في مهب رسميًا. لقد غيّر هذا الغوص العميق بالكامل الطريقة التي أرى بها المفصلات الحية. أعني أنني بالكاد ألاحظهم.
من السهل التغاضي عن الأشياء البسيطة.
ولكن الآن أصبح الأمر مثل هذا العالم الكامل من الابتكار والإمكانات. لقد انتقلنا من ماهية المفصلة الحية إلى ما يمكن أن تكون عليه.
لقد كانت رحلة عظيمة، وهي كذلك.
يبدو أن تلك الرحلة بدأت للتو. أعني، قد يكون البولي بروبيلين هو الحل الأمثل في الوقت الحالي، ولكن بعد ذلك، لدينا هذه المواد البلاستيكية الحيوية، والطباعة ثلاثية الأبعاد، وربما حتى مركبات النانو في المستقبل.
وقد دفعت كل هؤلاء المصممين إلى تجاوز الحدود، والتجربة، والتعلم من أخطائهم، والتوصل باستمرار إلى تصميمات أفضل.
إنه ملهم، بصراحة. لذلك في المرة القادمة التي تستخدم فيها شيئًا بمفصلة حية، مثل فتح زجاجة شامبو أو إغلاق الكمبيوتر المحمول.
نعم.
خذ ثانية لتقدير تلك القطعة الصغيرة من الهندسة.
إنه تذكير جيد أنه حتى في أكثر الأشياء العادية، هناك قدر كبير من البراعة والابتكار، وهذا كل شيء.
العمل خلف الكواليس لجعل حياتنا أسهل قليلاً، وأفضل قليلاً. أعتقد أن هذه ملاحظة مثالية لتنتهي عندها. شكرا لانضمامك إلينا لهذا العمق
