Para peneliti telah mengembangkan cara baru untuk merancang bentuk kompleks, melengkung tiga dimensi menggunakan bahan datar seperti kertas, lembaran aluminium atau plastik, menggabungkan pemikiran kreatif dengan algoritma komputasi baru.
Pernahkah Anda menggulung selembar kertas ke dalam silinder, atau mencoba membungkus aluminium foil di sekitar benda tanpa membuatnya robek? Bayangkan bisa dengan mudah mengubah bahan datar menjadi furnitur yang indah dan kuat, pencahayaan atau bahkan bangunan dan jembatan masa depan.
Di dunia arsitektur dan desain produk gagasan membangun bentuk 3D yang kompleks menggunakan bahan datar selalu menjadi tantangan yang menarik. Lembar datar yang terbuat dari bahan seperti kertas, logam, atau plastik mudah dipotong dan dimanipulasi, tetapi sampai sekarang, mengubahnya menjadi bentuk melengkung tertentu membutuhkan rekayasa dan desain yang cerdas, alat pembentuk yang mahal dan seringkali banyak percobaan dan kesalahan.
T-tubes
Masukkan t-tubes, cara baru untuk membangun struktur tubular melengkung menggunakan strip datar yang menekuk tanpa peregangan atau kerutan, dikembangkan oleh para peneliti dari laboratorium komputasi geometris (GCM) dari Sekolah Ilmu Komputer dan Komunikasi EPFL (IC). Makalah mereka, C-tubes: Desain dan optimalisasi struktur tubular yang terdiri dari strip yang dapat dikembangkan, disajikan minggu ini di Konferensi ACM Siggraph 2025, menerima Paper Terhormat yang Terhormat.
“Dalam arsitektur, rekayasa dan desain, permukaan yang dapat Anda buat dari lembaran material datar disebut dapat dikembangkan. Selembar kertas, misalnya, dapat digulung menjadi silinder atau kerucut tanpa merusaknya,” jelas Klara Mundilova, seorang peneliti pasca-doktoral di GCM. “Mendesain dengan permukaan yang dapat dikembangkan adalah metode yang paling rumit membutuhkan penyetelan yang cermat untuk menghindari lipatan atau distorsi. Kami mengambil rute yang berbeda dan merakit bagian-bagian yang dapat dikembangkan berdasarkan konstruksi,” lanjutnya.
Para peneliti datang dengan sistem di mana mereka memotong strip datar dari lembaran, lalu menekuk dan menghubungkannya untuk membentuk tabung tertutup yang melengkung, memutar, dan mengulang di ruang angkasa. T-tubi ini secara mengejutkan kaku dan kuat, meskipun terbuat dari bahan yang fleksibel sebelum perakitan.
Di balik kesederhanaan ini terletak matematika yang elegan, dan konsep geometris yang mendasarinya membuka kemungkinan baru yang menarik untuk merancang dan membangun dengan bahan datar.
Desain dengan keberlanjutan
“Kami mengembangkan algoritma yang menentukan cara merancang objek yang dapat dirakit dari potongan datar yang dapat dipotong, ditekuk, dan kemudian bergabung bersama. Algoritma kami menyesuaikan parameter input sehingga bentuk akhir cocok dengan tujuan desainer dan dijamin akan bekerja sebagai objek fisik,” kata Michele Vidulis, kandidat PhD di GCM. “Pada akhirnya, kami bermaksud untuk meringankan desainer dari mengkhawatirkan fabrikasi sehingga mereka dapat fokus pada estetika dan fungsi,” kata Quentin Becker, juga seorang peneliti pasca-doktoral di GCM.
https://www.youtube.com/watch?v=9ojgjiziflq
Ini adalah perkembangan penting karena salah satu tantangan terbesar dalam desain adalah memastikan bahwa suatu bentuk sebenarnya dapat dibangun. Artinya, ketika Anda mencoba untuk memaksa bahan datar menjadi bentuk yang kompleks setelah mendesainnya, itu sering berakhir keriput atau robek, karena permukaannya tidak dirancang dengan bahan dunia nyata dalam pikiran.
Algoritma baru menganalisis geometri dan struktur bentuk-C-tube yang mungkin, secara otomatis membangunnya dengan cara yang menjamin semua bagian mereka dapat dikembangkan. Wawasan matematika baru dilengkapi dengan optimasi numerik untuk mengubah bentuk sehingga cocok dengan tujuan perancang. Ini berarti bahwa desainer bisa lebih cepat, dan lebih kreatif dengan desain mereka, berfokus pada bentuk yang akan mudah dibangun. Tetapi ada manfaat lain untuk C-tubes dan algoritma baru juga.
“It's a more sustainable production process than traditional manufacturing. There is less waste compared to carving or molding methods, and because C-Tube structures are lightweight with an excellent stiffness, less material is needed overall. This also saves energy during production, and flat materials are often easier to source, transport, and recycle,” said Florin Isvoranu, an architect with the Geometric Computing Laboratory .
Akankah C-tubes merevolusi desain dan arsitektur?
C-tube dapat diterapkan pada hampir semua desain 3D di mana kekuatan dan materi cahaya. Sudah, sebagai bagian dari pekerjaan mereka yang berkelanjutan, para peneliti telah merancang furnitur, termasuk kursi goyang, dan lampu prototipe.
Ke depan, mereka dapat membayangkan aplikasi dalam arsitektur bangunan, struktur atap besar atau kubah, lambung kapal atau desain otomotif – semua bentuk melengkung yang saat ini sulit dibangun. Seperti halnya banyak industri, satu tantangan untuk diatasi adalah inersia untuk diadopsi.
“C-tubes dapat secara dramatis mengurangi waktu desain untuk objek dan berkontribusi pada produk yang lebih berkelanjutan, tetapi inovasi dapat menjadi tantangan di bidang ini. Orang-orang sudah memiliki set alat yang besar. kata Profesor Mark Pauly, kepala GCM.
Secara keseluruhan, Pauly menyimpulkan, t-tuba telah menjadi proyek impian untuk dikerjakan dengan interaksi antara materialitas, desain dan matematika yang elegan.
“Kami telah bergerak antara membuat benda -benda nyata dan mencari tahu matematika di belakangnya. Saya menemukan daya tarik dalam beberapa aspek ini. Keindahan dan fisik lampu prototipe yang kami buat membuat saya kagum dan saya menemukan sisi matematika sama indahnya. Ada keanggunan untuk persimpangan semua ini – teori yang menarik, algoritma yang kuat dan kemudian teknik untuk secara fisik menghasilkan hal -hal.”
