3D打印八爪魚一樣伸縮運(yùn)動自如的望遠(yuǎn)鏡

3D打印適用于制造自由曲面造型產(chǎn)品的特點為我們打開了一個神奇的魔法盒子。讓這個世界的產(chǎn)品變得更加充滿樂趣和腦洞大開的想象力�？▋�(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望遠(yuǎn)鏡的形式展示出來。

Christopher Yu，Keenan Crane和Stelian Coros在他們最近發(fā)表的“伸縮結(jié)構(gòu)計算設(shè)計”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)用場景。然而，到目前為止，還沒有系統(tǒng)地研究可以通過伸縮結(jié)構(gòu)建模的形狀類型，也沒有用于伸縮設(shè)計的實用工具。

卡內(nèi)基梅隆的重點是分段螺旋空間曲線與扭轉(zhuǎn)脈沖，在此基礎(chǔ)上，團(tuán)隊繼續(xù)為用戶開發(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)隊拓展了在動畫和機(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，掃掠生成的實心。任何這樣的形狀（底部）可以通過連續(xù)的螺旋運(yùn)動實現(xiàn)自身的滑動。研究人員指出，雖然對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)會利用這種建模算法來開發(fā)機(jī)器人和橋梁等應(yīng)用。以前的工作重點是：
- 可部署的結(jié)構(gòu)
- 緊湊型存儲
- 計算折疊
- 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，團(tuán)隊的目標(biāo)如下：
- 給定作為密集采樣的折線
- 通過熱流曲率將曲線平滑化
- 將曲線劃分為段，并通過計算確定其扭轉(zhuǎn)的最佳近似值
- 將每個段轉(zhuǎn)換成伸縮殼

團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)他們能夠通過構(gòu)建曲率和扭轉(zhuǎn)來實現(xiàn)優(yōu)化。可以通過找到將螺旋近似的端點與給定曲線的端點對齊的旋轉(zhuǎn)和均勻縮放來避免曲線端點（可能需要連接到其他曲線）的漂移。

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

下一步，研究團(tuán)隊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。這種建模的價值在于，延伸和扭轉(zhuǎn)脈沖的機(jī)械致動特點可以為機(jī)械領(lǐng)域帶來自動可部署性和可控性，從而適用于工程和機(jī)器人領(lǐng)域的應(yīng)用。

來源：3D科學(xué)谷
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