Конструкции переменной формы

Статья продается только в составе журнала

Однажды дождливым днем 1995 г. я ехал по улицам города Анн-Арбор, штат Мичиган. Механические дворники усердно сгоняли воду с лобового стекла автомобиля, а я впервые задумался над их устройством. В то время я был доцентом в колледже машиностроения Мичиганского университета, а раньше занимался исследованиями в области, которую в промышленности называют «проектированием с учетом требований сборки». Целью этих изысканий была минимизация количества деталей машин или механизмов, с тем чтобы уменьшить затраты на их изготовление и сборку. В ходе работы меня стал занимать вопрос, к чему мы придем, если при проектировании зададимся целью максимально упростить сборку. Можно ли создавать изделия, в которых сборочных операций не будет вовсе? Когда я в очередной раз сел за руль и опять включил дворники, меня поразило, как много конструкторских усилий было потрачено на их создание. Каркас дворника держит заменяемую резиновую ленту и должен быть очень гибким, чтобы во время работы плотно прижимать ленту к лобовому стеклу, имеющему выпуклую форму. Более того, дворник должен безупречно подходить к разным моделям автомобилей, у каждой из которых своя геометрия лобового стекла. Чтобы обеспечить необходимую гибкость, пришлось создать сложную систему из множества деталей — жестких коромысел, упругой пластины, опор и шарниров. В то время меня больше занимала другая тема — проектирование прочных гибких механизмов из минимального числа деталей. Мы с коллегами уже имели успешный опыт изготовления устройств из цельного куска материала. Так, в 1993 г. я вместе со своими студентами Г.К. Анантхасурешем (G.K. Ananthasuresh) и Лаксманом Саггером (Laxman Saggere) соорудил цельный гибко-упругий степлер, и я подумал, что изготовление подобным способом щеток стеклоочистителей стало бы для нас ценным опытом. Монолитный дворник по существу не потребует сборки, и реализация этого замысла станет не просто упражнением в конструкторском минимализме. Ведь большую часть стоимости производства щеток стеклоочистителей составляет именно их сборка. Неудивительно, что изготовление механизмов, связанное с этой трудоемкой процедурой, давно перенесено в страны с низкой оплатой труда. Конечно, мы с коллегами не забросили все свои дела и не приступили к немедленной разработке монолитных автомобильных дворников. Два последних десятилетия я больше занимался созданием теоретических основ проектирования гибко-упругих механизмов. Но в конце концов такие щетки мы все же сделали. Затем последовали цельные (состоящие всего из одного элемента) миниатюрные усилители движения, гибкие крылья самолета, моноформные роботы-змеи и другие устройства, каждое из которых было воплощением принципиально нового конструкторского подхода.

Подробнее читайте на страницах журнала "В мире науки" №7-8_2014