如何扩展和收缩各种形状的曲面

 
TU Delft精密与微系统工程(PME)部门的研究人员设计了一种可应用于任何曲面的膨胀方法。这种通用方法可能具有广泛的应用范围，包括儿童医疗支架，可扩展的家具或主动脉支架。该方法于2019年11月15日发表在《自然通讯》上。
通常只能通过拉伸，弄皱或以其他方式更改其形状来使对象变大或变小。可以改变尺寸而不改变形状的结构称为膨胀结构。这样的设备在工程和医学中可能具有重要的应用-例如，考虑植入人体动脉的支架。当前的扩张机制仅限于极少数的形状，主要是球形或球形表面。一个著名的例子是基于霍伯曼球体的儿童玩具，其中关节在收缩时会折叠到球的中心。这种机构的缺点在于使物体能够膨胀和收缩的部分通常以垂直于物体表面的角度移动。这意味着随着物体形状的变化，机械零件会伸出或伸入封闭的空间中。对于许多应用而言，这远非理想。例如，在主动脉支架的情况下，它会阻碍血液的流动。
三角剖分+受电弓=膨胀
TU Delft精密与微系统工程系(PME)的研究人员Freek Broeren和Werner van de Sande设计了一种可应用于任何曲面的膨胀方法。他们使用了三角剖分法，即通过放置在整个曲面上的三角形来可视化弯曲物体。三角形网格是一种高效计算的方法，可以用来表示计算机图形学中的3D结构。他们结合了21世纪的独创性和17世纪的受电弓，这是一种在1653年文献中首次提到的装置，它由四个固定在一个点上并在另一个点上旋转的杆组成。例如，它用于放大图纸。 Broeren和Van de Sande使用了偏斜缩放仪的概念，这是一种可用于缩放三角形的特殊机制。
TU Delft精密与微系统工程(PME)部门的研究人员设计了一种可应用于任何曲面的膨胀方法。这种通用方法可能具有广泛的应用范围，包括儿童用的医疗支架，可扩展的家具或主动脉支架。该方法于2019年11月15日在《自然通讯》上发表。信誉：TU Delft：“我们的方法的第一步是对物体的表面进行三角剖分，” Broeren解释说。 “接下来，平铺算法会使用缩放机制替换每个三角形面，从而在缩放时避免碰撞。这使得可以以一个自由度缩放任何曲面，这意味着运动发生在与平面相同的平面上从理论上讲，我们可以将结构从其完全扩展的配置缩放到单个点。”
应用领域
Broeren和Van der Sanden将其策略应用于几个示例，包括斯坦福兔子(Stanford bunny)，它是斯坦福大学于1994年开发的计算机图形学中常用的测试模型。他们还证明了他们的方法可以应用于任何表面。应用包括可以为成长中的儿童扩展的医疗支架，需要适应某些运动但保持其形状的植入物，例如主动脉支架，甚至可扩展的家具。
他们的发现也取决于他们自己的研究。维尔纳·范·德·桑德(Werner van de Sande)正在研究外骨骼，该外骨骼可以让残疾人行动。 Broeren解释说：“这些被动式外骨骼必须紧凑，并且在运动过程中必须保持与人体的距离。增加表面的缩放比例使我们拥有更大的设计自由度，可以满足这一要求。”他本人致力于医学超材料的设计方法。 “您可以通过组合硬材料和软材料来创建各种材料属性。但是，目前还没有设计方法。这就是为什么我要研究基本的力学。”