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2019-03-24 09:09
想知道老美怎么防止核武器自爆?看一下你家的老虎钳

本文来自微信公众号:把科学带回家(ID: steamforkids),作者:美图君。头图来自:视觉中国 。


核弹威力惊人,很可怕,万一不小心擦枪走火,岂不是要引起世界恐慌?有什么办法避免意外发生呢?


有一种方法,就是采用这样的装置避免地震等震动让核弹不经意走火——



这是啥?


其实,这是杨百翰大学(Brigham Young University) 的机械工程学教授 Larry Howell 为美国军方开发的保险和解除保险装置(S&A)。它属于一种叫做柔性机构(compliant mechanism)的机械机构。


Larry Howell 介绍,大家一般认为,机器里有一些会随着环境噪音的变化而运动的机械部件是件不妙的事情,但是他的团队却要把大家都讨厌的事情变成一项优势。


来看看这个柔性机构可以轻松抓东西。长得有点面善是吧,因为你家的老虎钳和它有差不多的原理。是的,老虎钳也属于柔性机构哦!



不过这个小工具却可以把人在把手上施加的力量放大约30倍。


柔性机构和传统的机构相比有不少优势。


首先,柔性机构的结构相对更简单,因此一般更加轻巧,制造也更方便,成本更低廉。这让柔性机构尤其适用于对重量很敏感的应用,比如航天工业。


比如上面提到的柔性“老虎钳”,可以像这样从模具里挤出来,然后再切割。



而且,柔性机构都比较耐用,运动也更为精准。


比如下面这个类似于指甲刀的小玩意儿在疲劳测试(fatigue testing)中的表现强大,它可以被玩1百万次而不会坏。



如果要用硅这样脆的材料来制造零部件,柔性机构就是很好的选择。


再来看看这个好玩的玩具。



这个像大象的屁股被戳的时候,象鼻尖的部位是不动的。



看起来很好玩,在风洞里测试材料的时候就可以用上这个机构,防止材料随风飘摆。



柔性机构的另一个优势在于它们的大小可调,你可以把它们造得很大,也可以利用光刻(photo-lithography)等技术在微观尺度上进行制造,用于高精尖电子设备。





像是下面这个柔性机构,在转速变大的情况下,它的可动部件会因为离心力而向外扩展,然后与外层的机械接触,从而带着一起运动。



在链锯里就可以用上这种装置。



Larry Howell 的实验室还做了许多有趣的,灵感来自于折纸的可动机构。


猜猜下面这个小工具是干什么用的?





它是用来在手术中抓取针头和手术缝合线用的。达芬奇手术机器人的研发公司和Larry Howell 的实验室有合作,未来可能就会用上这个折纸机械手术臂。和它的灵感来源是这款折纸——




还有这些可展机构(developable mechanism)就是钢铁侠一类的科幻外骨骼的最佳搭档。







可展机构在手术设备里大有用武之地。




因为手术工具可以折叠再展开,手术时病人的伤口就不必被切得很大,这有助于术后愈合。



这个机构可以变成轮子,在遇到障碍物的时候它可以展开变成攀岩的钩子。



还有这种可展无人机也很有意思,比传统的无人机轻巧不少。




Larry Howell 的实验室最近研发的这款可折叠防弹盾牌还在网上成了网红。



这款防弹盾牌灵感来源于吉村折纸。



现有的防弹盾牌重达40千克,携带非常不方便,而且只能保护一个人。但是这个重量只有22千克的防弹设备却能保护2-3个人。



它不仅很轻,还可以折叠。



它含有12层,包括凯芙拉(kevlar,芳族聚酰胺纤维,常用来制造防弹衣)和铝。看一下防弹效果——




还有下面这些好玩的柔性机构和可展机构,都在工程学领域大有用武之地——













本文来自微信公众号:把科学带回家(ID: steamforkids),作者:美图君 。

转载请联系 kids@huanqiukexue.com

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