Управляемые складки дали надувным мембранам несколько устойчивых форм

Инженеры разработали способ создавать надувные мембранные конструкции, которые могут принимать несколько различных устойчивых форм в зависимости от давления и управляемых складок. Исследование, опубликованное в августе 2026 года, открывает новые возможности для разработки адаптивных архитектурных оболочек, мягкой робототехники и медицинских устройств.

Проблема: надувные конструкции обычно имеют одну форму

Классические надувные конструкции — воздушные шары, надувные лодки, купола — в каждый момент времени принимают единственную равновесную форму, определяемую распределением давления и геометрией оболочки. Переход к другой конфигурации требует изменения давления, формы ёмкости или механического вмешательства.

Авторы нового исследования предложили принципиально иной подход: заложить в мембрану устойчивые «точки сгиба» — намеренные локальные ослабления или утолщения — которые при изменении давления или внешнего воздействия защёлкиваются в разных конфигурациях, подобно механизму с несколькими устойчивыми положениями (бистабильной или мультистабильной системе).

Как создаются управляемые складки

Ключевой инструмент — варьирование толщины материала оболочки по заранее рассчитанной карте. В более тонких зонах мембрана легче изгибается при раздувании, формируя предсказуемые складки. В более толстых — остаётся жёсткой и сохраняет плоскость.

Компьютерное моделирование на основе механики упругих оболочек позволяет заранее предсказать, какие конфигурации будут устойчивыми и при каком давлении произойдёт переход между ними. После расчёта карта толщин реализуется с помощью многослойной 3D-печати или литья с переменной толщиной стенки.

Преимущества подхода:

• Нет движущихся частей и внешних приводов — переключение между формами достигается изменением давления.
• Конфигурации устойчивы без постоянного поддержания давления — мембрана «фиксируется» в новом положении.
• Метод масштабируется от сантиметровых медицинских приложений до метровых архитектурных оболочек.

Практические применения

Мягкая робототехника — наиболее очевидная область: мягкие захваты и актуаторы, меняющие форму хвата без электромотора, получают значительно более широкий функциональный диапазон. Один модуль может работать как плоская площадка и как согнутый хват — просто переключаясь между устойчивыми конфигурациями.

В архитектуре управляемые мультистабильные мембраны открывают путь к фасадам и кровлям, меняющим аэродинамику или светопропускание без механических систем. В медицине — к имплантируемым стентам или расширяющимся устройствам с несколькими фиксированными размерами.

Авторы уже продемонстрировали работоспособность нескольких прототипов и планируют исследование долговечности мембран при многократном переключении между конфигурациями.

Ранее pronedra.ru писал о новых материалах для компактной электроники.