การพับกระดาษรูปดอกไม้เปิดโอกาสใหม่ๆ ให้กับยานอวกาศ

ลวดลายโอริกามิแบบ “เบ่งบาน” เปิดทิศทางการออกแบบที่ล้ำสมัยสำหรับอุปกรณ์อวกาศด้วยความสามารถในการเบ่งบานอย่างเรียบเนียนเหมือนกลีบดอกไม้

ทีมวิศวกรจากมหาวิทยาลัยบริกแฮมยัง (Brigham Young University: BYU) รัฐยูทาห์ สหรัฐอเมริกา เพิ่งประกาศความก้าวหน้าครั้งสำคัญด้านการออกแบบโครงสร้างอวกาศ นั่นคือ “ลวดลายดอกไม้” แบบโอริกามิ ที่สามารถพับและกางออกได้อย่างราบรื่นราวกับกลีบดอกไม้ที่กำลังเบ่งบาน ดีไซน์เหล่านี้คาดว่าจะปฏิวัติวิธีการนำอุปกรณ์ต่างๆ เช่น กล้องโทรทรรศน์และแผงโซลาร์เซลล์ไปใช้ในอวกาศ

โดยทั่วไปกล้องโทรทรรศน์อวกาศจะใช้กระจกแบนเนื่องจากข้อจำกัดในการใช้งาน แต่รูปแบบการบานของแสงสามารถสร้างกระจกโค้งคล้ายกับที่ใช้ในกล้องโทรทรรศน์ภาคพื้นดิน ส่งผลให้ได้ภาพที่แม่นยำยิ่งขึ้น

ลวดลายโอริกามิพับเป็นรูปดอกไม้ (ที่มา: Newscientist)

โอริกามิ ศิลปะการพับกระดาษแบบดั้งเดิมของญี่ปุ่น ได้สร้างแรงบันดาลใจให้กับวิศวกรมาอย่างยาวนานในการสร้างโครงสร้างที่สามารถพับและขยายได้ อย่างไรก็ตาม รูปแบบการพับกระดาษโอริกามิในปัจจุบันมีความซับซ้อนและมีโอกาสเกิดข้อผิดพลาดได้ง่าย การพับผิดเพียงครั้งเดียวอาจทำให้ระบบทั้งหมดล้มเหลวได้

ทีมของศาสตราจารย์แลร์รี ฮาวเวลล์ ได้พัฒนารูปแบบใหม่ที่เรียกว่า “รูปแบบดอกไม้บาน” ซึ่งสามารถคลี่คลายได้ในครั้งเดียว ก่อให้เกิดรูปทรงโค้งสามมิติคล้ายชามดอกไม้ ศูนย์กลางของรูปแบบเป็นรูปหลายเหลี่ยมล้อมรอบด้วยรอยพับสมมาตร ช่วยให้โครงสร้างคลี่คลายจากแผ่นแบนบางๆ ไปสู่รูปทรงที่ใหญ่ขึ้นได้อย่างราบรื่น

ไมเคิล บาร์ตเล็ตต์ จากมหาวิทยาลัยเวอร์จิเนียเทค ระบุว่า การวางระบบแบบขั้นตอนเดียวจะช่วยลดความเสี่ยงได้ โดยกล่าวว่า “ ในอวกาศ ทุกอย่างต้องสมบูรณ์แบบ หากมีจุดอ่อนเพียงจุดเดียว ระบบทั้งหมดอาจล้มเหลวได้ รูปแบบบลูมจะขจัดลำดับขั้นตอนที่ซับซ้อนนั้นออกไป”

นอกจากนี้ รูปทรงโค้งของตัวอย่างเหล่านี้ยังสามารถนำไปใช้สร้างตัวสะท้อนแสงที่คล้ายกับที่ใช้ในกล้องโทรทรรศน์ภาคพื้นดิน ซึ่งให้ภาพที่แม่นยำกว่ากระจกแบนที่มักใช้ในอวกาศ

การมีแบบจำลองทางคณิตศาสตร์สำหรับรูปแบบการบานจะช่วยให้นักออกแบบคาดการณ์ได้ดีขึ้นว่าแนวคิดจะมีประสิทธิภาพอย่างไร เจมี่ แพ็ก จากสถาบันเทคโนโลยีแห่งสหพันธรัฐสวิส (EPFL) กล่าวว่า “คุณจะรู้ล่วงหน้าได้ว่าสิ่งประดิษฐ์นั้นมีความเหมาะสมหรือไม่ หรือคุณควรไปในทิศทางอื่น”

กล้องโทรทรรศน์เจมส์ เวบบ์มีการออกแบบแบบโอริกามิด้วย (ที่มา: NASA)

การผสมผสานระหว่างศิลปะดั้งเดิมและเทคโนโลยีสมัยใหม่กำลังเปิดทิศทางใหม่ให้กับอุตสาหกรรมการบินและอวกาศ ด้วยโครงสร้างที่เรียบง่าย รูปทรงที่สวยงาม และความน่าเชื่อถือสูง ลวดลายดอกไม้โอริกามิอาจกลายเป็นรากฐานสำหรับยานอวกาศยุคใหม่

หนึ่งในการประยุกต์ใช้งานโอริกามิที่โดดเด่นที่สุดในงานวิศวกรรมอวกาศคือการออกแบบกระจกหลักของกล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์ เวบบ์ นาซาได้นำหลักการพับกระดาษมาใช้เพื่อสร้างระบบกระจกที่สามารถพับเก็บให้พอดีกับช่องเก็บจรวด เมื่อเข้าสู่วงโคจร กระจกเหล่านี้จะกางออกจนสุด ก่อให้เกิดโครงสร้างสะท้อนแสงขนาดยักษ์ที่ช่วยให้ยานอวกาศสามารถสำรวจจักรวาลได้ลึกกว่าที่เคยเป็นมา

หุ่นยนต์พับได้ขนาดเล็กสุดจิ๋ว (ที่มา: Aeon)

นอกเหนือจากกล้องโทรทรรศน์แล้ว วิศวกรยังใช้กระดาษโอริกามิเพื่อพัฒนาแผงโซลาร์เซลล์ที่สามารถพับเก็บเหมือนพัดได้อีกด้วย การออกแบบนี้ช่วยประหยัดพื้นที่ในระหว่างการปล่อยยาน ขณะเดียวกันก็ช่วยให้สามารถนำไปใช้ได้อย่างรวดเร็วและขยายตัวได้มากที่สุดในระหว่างการปฏิบัติการในอวกาศ ซึ่งช่วยให้ยานอวกาศสามารถเก็บเกี่ยวพลังงานได้มากขึ้นโดยไม่ต้องเพิ่มขนาดเริ่มต้น

นอกจากโครงสร้างขนาดใหญ่แล้ว โอริกามิยังถูกนำไปประยุกต์ใช้ในชีวการแพทย์อวกาศอีกด้วย งานวิจัยบางชิ้นได้พัฒนาหุ่นยนต์ขนาดเล็กที่สามารถพับเก็บเหมือนยาเม็ดและกางออกภายในร่างกายได้ ในสภาพแวดล้อมไร้แรงโน้มถ่วง หุ่นยนต์เหล่านี้สามารถควบคุมจากระยะไกลเพื่อจ่ายยาที่แม่นยำหรือทำหัตถการทางการ แพทย์ ที่ละเอียดอ่อนได้โดยไม่ต้องผ่าตัด

การประยุกต์ใช้ศิลปะการพับกระดาษได้สร้างความก้าวหน้าที่สำคัญใน วิทยาศาสตร์ อวกาศ

มินห์ ฮวน

ที่มา: https://vtcnews.vn/mau-origami-hinh-hoa-mo-ra-trien-vong-moi-cho-tau-vu-tru-ar960708.html