Rymdfordon som SpaceX:s Falcon 9 är designade för att kunna återanvändas. Men detta betyder att som olympiska gymnaster som hoppas på en guldmedalj, de måste hålla sina landningar.

Att landa är påfrestande på en rakets ben eftersom de måste hantera kraften från nedslaget med landningsplattan. Ett sätt att bekämpa detta är att bygga ben av material som absorberar en del av kraften och mjukar upp slaget.

Forskare från University of Washington har utvecklat en ny lösning för att minska stötkrafterna – för potentiella tillämpningar i rymdfarkoster, bilar och mer. Inspirerad av pappersvikningskonsten origami, teamet skapade en pappersmodell av ett metamaterial som använder "vikveck" för att mjuka upp slagkrafter och istället främja krafter som lindrar påfrestningar i kedjan. Teamet publicerade sina resultat den 24 maj Vetenskapens framsteg .

"Om du bar en fotbollshjälm gjord av detta material och något träffade hjälmen, du skulle aldrig känna det där slaget i huvudet. När energin når dig, det trycker inte längre. Det drar, " sa motsvarande författare Jinkyu Yang, en UW docent i flygteknik och astronautik.

Yang och hans team designade detta nya metamaterial för att ha de egenskaper de ville ha.

"Metamaterial är som legos. Du kan göra alla typer av strukturer genom att upprepa en enda typ av byggsten, eller enhetscell som vi kallar det, " sa han. "Beroende på hur du designar din enhetscell, du kan skapa ett material med unika mekaniska egenskaper som saknar motstycke i naturen."

Forskarna vände sig till konsten att origami för att skapa denna speciella enhetscell.

"Origami är bra för att förverkliga enhetscellen, " sa medförfattaren Yasuhiro Miyazawa, en doktorand i flyg- och astronautik från UW. "Genom att ändra var vi introducerar veck i platta material, vi kan designa material som uppvisar olika grader av styvhet när de viks och vecklas ut. Här har vi skapat en enhetscell som mjukar upp kraften den känner när någon trycker på den, och det accentuerar spänningen som följer när cellen återgår till sin normala form."

Precis som origami, dessa enhetscellsprototyper är gjorda av papper. Forskarna använde en laserskärare för att skära ut prickade linjer till papper för att ange var de skulle vikas. Teamet vek papperet längs linjerna för att bilda en cylindrisk struktur, och sedan limmade akryllock på vardera änden för att koppla ihop cellerna till en lång kedja.

Forskarna radade upp 20 celler och kopplade ena änden till en enhet som drev och satte igång en reaktion genom hela kedjan. Med sex GoPro-kameror, teamet spårade den initiala kompressionsvågen och den följande spänningsvågen när enhetscellerna återgick till det normala.

Kedjan som består av origamicellerna visade den kontraintuitiva vågrörelsen:Även om den tryckande tryckkraften från enheten startade hela reaktionen, den kraften kom aldrig till andra änden av kedjan. Istället, den ersattes av spänningskraften som startade när de första enhetscellerna återgick till det normala och fortplantade sig snabbare och snabbare ner i kedjan. Så enhetscellerna i slutet av kedjan kände bara spänningskraften som drog tillbaka dem.

"Påverkan är ett problem vi möter dagligen, och vårt system ger ett helt nytt tillvägagångssätt för att minska dess effekter. Till exempel, vi skulle vilja använda det för att hjälpa både människor och bilar att klara sig bättre i bilolyckor, " sa Yang. "Just nu är den gjord av papper, men vi planerar att göra den av ett kompositmaterial. Helst vi kan optimera materialet för varje specifik applikation."