مقالات

اوریگامی در خدمت فناوری

origami - اوریگامی
نوشته شده توسط زینب زاهدی

“کاغذ و تا” به سبک ناوری های خورشیدی

اوریگامی به معنی تا کردن کاغذ، هنری است که از ژاپن برخواسته و با استفاده از روش های مختلف و هدفمند تا کردن، یک کاغذ مسطح ساده را به یک سازه تبدیل می کند.
اوریگامی در شکل مدرن خود علاوه بر کاغذ، هر جسم مسطح از هر جنس و علاوه برروش های مختلف تا کردن، چسباندن و علامت گذاری  را نیز شامل میشود.
از دهه ۱۳۴۰/۱۹۶۰ و به خصوص در سال های اخیر ارتباط چشمگیری بین هنر اوریگامی و علوم ریاضیات، مهندسی و فن آوری برقرار شده است بطوری که می توان اوریگامی را در سه سطح اوریگامی در ریاضیات، شامل اصول ریاضی برای شرح قوانین پایه ای اوریگامی، اوریگامی در محاسبات، شامل الگوریتم ها و نظریه های حل مسائل ریاضی و اوریگامی در فناوری که به خلق روش ها و راه حل هایی در مسائل مربوط به مهندسی، طراحی صنعتی و بطور کلی فناوری میشود؛ تعریف کرد.
به این ترتیب اوریگامی در رشته های متعددی مانند داروسازی، رباتیک، انرژی، مهندسی خودرو، معماری، نجوم فضا حضوری پررنگ دارد.
با خلق طراحی های نو برای فشرده و گسترده کردن سازه های بزرگ، صفحه های خورشیدی، انواع جدید لنزها و حتی پیشرانه های ارزان قیمت، امید آن می رود که اوریگامی حتی به یافتن و شناختن سیاره های شبیه به زمین در محدوده های قابل سکونت ستاره های اطراف نیز کمک کند.
در کنار هنر اوریگامی، کریگامی نیز هنری کاغذ است، بااندکی تفاوت.
در اوریگامی، باهنر تا کردن کاغذ طرح های شگفت انگیزی خلق می شود، در حالی که در کریگامی، در کنار تا، نیاز به برش کاغذ است.
واژه کریگامی از ترکیب دو واژه “برش” و “تصویر” در زبان ژاپنی ساخته  شده است  و می توان از آن به عنوان هنر طراحی به وسیله برش کاغذ نام برد.
از سال ۱۳۶۸/۱۹۸۹ کنفرانس هایی با نام osme (مخفف عبارت اوریگامی در علوم ،ریاضیات و آموزش) به صورت بین المللی برگزار می شوند که به نقش اوریگامی در علوم، ریاضیات و دانش پرداخته و از حضور هنرمندان اوریگامی، دانشمندان، فناوران و نیز مدرسان علوم مختلف بهره می برند.

افزایش بهره وری در صفحه های خورشیدی
همان گونه که اشاره شد، امروزه اوریگامی از جایگاه ویژه ای در علوم مختلف برخوردار است. به عنوان نمونه، شماره ماه گذشته مجله nature communications مقاله ای با موضوع طراحی جدید مبتنی بر الگوهای کریگامی را برای صفحه های خورشیدی معرفی کرد که سبب دریافت انرژی خورشیدی بیشتر در زمین می شود.
کریگامی نوعی اوریگامی است با این تفاوت که در آن می توان علاوه بر تا کردن، از برش نیزاستفاده کرد. صفحه های خورشیدی قدیمی به شکل مسطح طراحی شده اند که همین امر با محدود کردن سطح رویی صفحه، بهره وری آن را پایین می آورد.
حرکت مداوم خورشید، محققان دانشگاه میشیگان را بر آن داشت که به فکر تولید محصولی با قابلیت تعقیب کردن خورشید باشند. آنها با استفاده از کریگامی صفحه های خورشیدی با ساختار شبکه ای ساختند که همگام با خورشید و رو به آن حرکت کند. تلاش هایی که دانشمندان پیش از این برای ساخت صفحه متحرک و تعقیب گر خورشید انجام داده اند همگی مستلزم استفاده از راه حل های موتوریزه بوده که اولین عیب آنها هزینه بالای شان است.
اما در صفحه های خورشیدی ساخته شده به روش کریگامی با وجود بهره مندی از بیش از ۱۲۰ درجه چرخش که سلول ها را مقابل خورشید قرار می دهد، خود صفحه همچنان بی حرکت خواهد بود.
“مکس اشتاین”، یکی از مولفان این مقاله و استاد علم مهندسی و مواد دانشگاه میشیگان درباره این طرح می گوید (ما الگوهای بسیاری را ساخته و آزمایش کردیم و در نهایت به این نتیجه رسیدیم که همین الگوی ساده کریگامی یکی از بهترین ها است).
وی در ادامه به ویژگی خاص این طراحی اشاره می کند که در آن تغییر مسیر صفحه خورشیدی در هیچ زاویه ای سبب ایجاد سایه روی صفحه نمی شود. محققان این محصول را در سرزمین صفحه های خورشیدی آریزونا آزمایش کردند که نتیجه آن دریافت ۳۶ درصد انرژی فتو ولتائیک بیشتر نسبت به صفحه های خورشیدی قدیمی بود.

چالش استفاده از طرح جدید در راه اندازه آن است
به گفته پروفسور اشتاین، سلول های خورشیدی دراین صفحه ها از قابلیت وسعت یافتن و کش آمدن برخوردارند، بنابراین از قبل باید فضای کافی  برای این تغییر در اندازه در نظر گرفته شود .این تغییر اندازه چیزی در حدود ۲ برابر اندازه صفحه های رایج است.
به نظر پروفسور اشتاین استفاده از الگوهای کریگامی در طراحی صفحه های خورشیدی حتمی است اما اجرای این امر مستلزم تایید افرادی چون ” کیت ایمری” است که مسئولیت بررسی و سنجش طراحی های صفحه های خورشیدی برای آزمایشگاه انرژی های تجدیدپذیر را به عهده دارد. از جمله مسائلی که ایمری برای این الگوی جدید مطرح کرده پایداری یا عدم پایداری مواد سازنده آن و نیز میزان مقاومت محصول نسبت به اندازه کشش آن است.

پیش از این…
در فروردین ۱۳۷۴ (مارس۱۹۹۵) دانشمندان ژاپنی در تحقیقی به نام “واحد پرواز فضایی” (SFU) به منظور فشرده و سپس گسترده کردن سلول های خورشیدی از اوریگامی استفاده کردند.
طراحی براساس الگوی کوریو میورا، پروفسور دانشگاه توکیو انجام شد و  به احترامش Miura – ori نام گرفت. دراین الگو که شیوه معرفی در تا کردن نقشه است، یک تکه کاغذ مربع شکل به صورتی تا  می شود که فقط  با یک حرکت و کشیدن دو گوشه متضاد کاغذ، کل آن باز شود.
به این ترتیب، سلول های خورشیدی روی زمین در یک متوازی الاضلاع فشرده، جمع و سپس در فضا گسترده و به بادبان خورشیدی تبدیل می شوند. به خاطر محدودیت در اندازه موشک های حامل صفحه های خورشیدی  نکته ارزشمند این طراحی استفاده از صفحه های بزرگتر و در نتیجه مفیدتر و در عین حال با حجم اندک است . بعدتر در سال ۱۳۹۳/۲۰۱۴ محققان دانشگاه برایام یاونگ و آزمایشگاه پیشرانه جت ناسا، توانستند یک صفحه خورشیدی را به گونه ای طراحی کنند که اندازه قطر آن در حالت تا شده معادل ۷/۲ متر و در حالت باز شده برابر ۲۵ متر باشد.
صفحه خورشیدی با این اندازه می تواند ۲۵۰ کیلووات نیرو تولید کند در حالی که بیشینه تولید نیرو در صفحه های معمول ۱۴کیلو وات است. ایده این طراحی از تکنیک میورا آمده است چنان که صفحه در حالت گسترده به متوازی الاضاع های شطرنجی تقسیم می شوند.
البته این شیوه ، تکرار دقیق همان روش میورا نیست بلکه بیشتر شبیه به ترکیب چند روش مختلف تا زدن است. دراین شیوه خاص تا کردن، برای باز کردن یا بستن محصول، کافی است یک گوشه را بکشید تا کل سازه با کم ترین تلاش ازهم باز شود .این در حالی است که صفحه های خورشیدی تا پیش از این اختراع مانند آکاردیون جمع و شبیه به بادبزن باز می شدند. برایان تریز، از اعضای این گروه محققان و مهندس مکانیک در آزمایشگاه پیشرانه جت ناسا در نیویورک می گوید: اوریگامی را در طراحی آنتن ها نیز می توان استفاده کرد. به خصوص برای ابزار جانبی سفینه های فضایی که گسترش اجسام به صورت دایره ای، از مرکز به کل جهات حائز اهمیت است.
اوریگامی می تواند بسیار مفید باشد. شاید فکر کنید اوریگامی هنری قدیمی است اما همین حالا افراد بسیاری مشغول اختراع و ساخت محصولات جدید با استفاده از قوانین ریاضی مرتبط با اوریگامی هستد.
تریز عقیده دارد هرچه از روش های پیچیده تر اوریگامی استفاده کنیم روند باز و بسته کردن را ساده تر خواهیم کرد. امروزه که نیاز فضانوردان داشتن ماهواره هایی با بار کمتر و تجهیزات بیشتر است، فن آوری هایی که براستفاده بهینه از فضا تکیه دارند بیش از پیش مورد استقبال قرار می گیرند.

+ نویسنده : عاطفه فلاح – نشریه دانشمند – سال پنجاه و سوم – شماره ۸

درباره نویسنده

زینب زاهدی

۱ دیدگاه

دیدگاه شما چیست