Школьник сложил оригами-укрытие: конструкция выдерживает вес слонов

В четырнадцать лет многие подростки мастерят бумажные самолётики и случайные фигурки, не задумываясь, что лист бумаги может стать полноценной инженерной конструкцией.

Житель Нью-Йорка Майлз Ву пошёл дальше: он решил проверить, способны ли складки оригами выдерживать нагрузки, сравнимые с весом настоящего автомобиля, и пригодятся ли они при стихийных бедствиях.

Его эксперименты со сложной геометрией привели к неожиданным результатам и принесли ему главный приз престижного конкурса юных исследователей. Об этом сообщает Business Insider.

Подросток, который превратил оригами в инженерную задачу

Майлз Ву увлекается оригами уже больше шести лет. Сначала это были классические фигурки животных и насекомых, потом — собственные модели. В какой-то момент хобби превратилось в повод для серьёзного проекта: подросток заинтересовался, можно ли использовать оригами не только как искусство, но и как инструмент для решения практических задач.

Поводом задуматься о реальных применениях стали новости о стихийных бедствиях: лесных пожарах в Южной Калифорнии, урагане "Хелен" на юго-востоке США и недостатке надёжных временных укрытий для людей, попавших в зону катастроф. Ву стал изучать, как принципы оригами уже используют в медицине, космической технике и других STEM-направлениях, а затем сосредоточился на одной конкретной складке.

Так родилась идея проекта: проверить, как именно геометрия складки Миуры влияет на прочность конструкции и можно ли подобрать параметры, при которых она станет основой для развёртываемых укрытий в чрезвычайных ситуациях.

Что такое миура-ори и почему она интересна инженерам

Складка Миуры (miura-ori) — это особый способ разметить лист на повторяющиеся параллелограммы, после чего он складывается и раскладывается одним движением. Её придумал астрофизик Корио Миура в XX веке, когда искал компактный способ упаковывать солнечные панели для космоса.

Главная особенность этой складки — сочетание трёх качеств:
• лист можно сложить до очень маленького объёма;
• структура раскладывается быстро и предсказуемо;
• отдельные "панели" связаны так, что нагрузка перераспределяется по всей поверхности.

Именно это свойство и заинтересовало Ву: в идеале аварийное укрытие должно быть лёгким, крепким и при этом занимать минимум места при транспортировке. На практике производители обычно жертвуют одним из параметров — или палатка тяжёлая, или хрупкая, или слишком сложная в установке. Подросток предположил, что миура-ори поможет приблизиться к сочетанию всех трёх характеристик.

Как Майлз Ву проверял прочность оригами

Для эксперимента Ву выбрал несколько ключевых параметров: ширину параллелограмма, его угол и "высоту" складки, а также тип бумаги. Он рассматривал три варианта ширины, три значения угла, два варианта высоты и три разных материала. В итоге получилась 54 комбинации, причём каждую он тестировал по два раза — всего 108 испытаний.

Чтобы уменьшить погрешности, подросток сначала размечал заготовки с помощью режущей машины, а затем аккуратно складывал их вручную. Готовые образцы он помещал между направляющими, чтобы конструкция не деформировалась в сторону, и постепенно нагружал сверху. Сначала в ход пошли все книги, которые нашлись дома, но вскоре этого стало не хватать — пришлось подключать гантели.

В изначальной гипотезе Ву предполагал, что панели меньшего размера, с менее острым углом и из более тяжёлого материала дадут лучший показатель "прочность к собственному весу". По итогам он выяснил, что геометрическая часть догадки в целом верна: меньшие и менее острые параллелограммы действительно показали лучшие результаты. А вот с материалом вышел сюрприз: наилучшее соотношение прочности и веса показала не тяжёлая бумага, а обычная офисная.

Подводя итоги, Ву посчитал, что самая удачная из протестированных складок способна выдерживать нагрузку, в десять тысяч раз превышающую её собственный вес. Чтобы показать масштаб, он сравнил это с массой нью-йоркского такси, условно "переносящего" тысячи слонов — яркая, пусть и образная, иллюстрация возможного потенциала.

Конкурс, который ищет юных новаторов

Результаты работы Майлз представил на Thermo Fisher Scientific Junior Innovators Challenge — крупном конкурсе для учеников средних классов США. Попасть в финал непросто: сначала школьники участвуют в региональных научных ярмарках, затем жюри отбирает примерно 10 % лучших проектов, потом список сужается до 300, а после — до тридцати финалистов. Именно они отправляются в Вашингтон, где не только показывают свои исследования, но и выполняют командные и творческие задания.

По её словам, Ву не только продемонстрировал сильное исследование, но и проявил лидерские качества в совместных заданиях. В итоге Майлз стал победителем и получил главный приз — 25 000 долларов, которые семья решила сохранить на высшее образование.

Организаторы считают, что подобные конкурсы помогают вовлекать подростков в STEM и поддерживать любознательность, без которой невозможны будущие технологические прорывы.

Сравнение: классические палатки и конструкции на основе миура-ори

Если представить себе типичное временное укрытие, которое разворачивают после урагана или землетрясения, чаще всего это будет палатка с дугами или лёгкий каркасный модуль. У традиционных палаток довольно простая геометрия, но они нередко проигрывают по прочности при сильном ветре. Каркасные модули могут быть устойчивее, но занимают много места при перевозке и требуют сложной логистики.

Конструкции, основанные на складке миура-ори, теоретически способны складываться в плоские пакеты и раскрываться одним движением. При этом нагрузка может распределяться по всей поверхности складок, а не приходиться на отдельные опоры. В отличие от надувных укрытий, которые зависят от насосов и герметичности, оригамные конструкции потенциально менее уязвимы к проколам.

Пока идеи Ву — на уровне лабораторных тестов с бумажными моделями. Но если заменить бумагу композитами или лёгкими полимерами, принципиальная схема может оказаться полезной для инженеров, проектирующих складываемые укрытия, солнечные панели или даже элементы мебели для временных лагерей.

Плюсы и минусы оригамных решений в чрезвычайных ситуациях

Размышляя о будущем своих исследований, Майлз видит в миура-ори реальный практический потенциал. В пользу таких конструкций говорят сразу несколько факторов. Они могут быть очень лёгкими, что важно при доставке в зону бедствия. Складки позволяют упаковать укрытие до минимального объёма и экономить место в грузовиках или самолётах.

Быстрое раскрытие помогает выигрывать время: чем проще монтаж, тем быстрее люди получают крышу над головой. Кроме того, базовый принцип масштабируется — от индивидуальных модулей до крупных навесов.

Однако у подхода есть и ограничения. Бумага, с которой работал Ву, — лишь модель, а реальные материалы должны выдерживать осадки, ветер и многократное складывание. Производство сложных геометрических панелей может оказаться дороже, чем выпуск стандартных тентов.

Необходимы дополнительные испытания на устойчивость к износу и повреждениям. Наконец, любые инновационные решения требуют сертификации и доверия со стороны организаций, работающих в сфере гуманитарной помощи, а это длинный путь.

Советы шаг за шагом: как поддержать детский STEM-проект

1. Обсудите с ребёнком, какие реальные проблемы его волнуют — экология, бедствия, медицина, транспорт. Связка "интерес + польза" даёт сильную мотивацию.

2. Помогите сузить тему до конкретного вопроса, который можно проверить экспериментом: измерить прочность, скорость, эффективность, устойчивость.

3. Вместе составьте простой план: что нужно измерить, какие переменные менять, как фиксировать результаты. Это приучает к научному подходу.

4. Позаботьтесь о базовых инструментах — даже доступ к принтеру, режущей машине или простым весам может сильно облегчить работу.

5. Разрешайте ошибаться: серия неудачных прототипов — нормальный этап, а не повод бросать проект. Так дети учатся устойчивости и критическому мышлению.

6. Ищите конкурсы и ярмарки, где можно показать работу: публичная защита проекта учит ясно объяснять сложные вещи.

7. Самое важное — поддерживать интерес, а не только результат: похвала за любопытство и настойчивость часто ценнее любой медали.

Популярные вопросы об оригами и складке миура-ори

Можно ли на основе миура-ори уже сейчас построить настоящее убежище?
Пока речь идёт о модельных испытаниях. Чтобы превратить идею в реальное укрытие, инженерам нужно протестировать другие материалы, учесть вес людей, погодные условия и требования безопасности.

Почему Ву работал именно с бумагой, а не с пластиком или металлом?
Бумага дёшево стоит, легко обрабатывается и позволяет быстро перебрать десятки вариантов геометрии. Для школьного проекта это удобный способ проверить сам принцип, прежде чем переходить к более дорогим материалам.

В чём ценность проекта, если он пока не реализован в "настоящей" конструкции?
Он показывает, как идею из области искусства можно перевести в язык инженерных характеристик — нагрузки, углы, веса. Такой подход важен сам по себе и может вдохновить других исследователей развивать тему.

Может ли оригами быть серьёзным направлением в науке и технике?
Да, принципы оригами уже используют в космических солнечных панелях, медицинских стентах, складной электронике. Проект Ву — ещё один пример того, как простая бумажная складка подсказывает инженерам новые решения.

Как сам Майлз планирует развивать свою идею?
Он говорит, что хотел бы создать прототип настоящего аварийного убежища на базе миура-ори и в целом продолжать исследования, связанные с оригами, выходя за рамки одной-единственной складки.

В итоге история Майлза Ву — это не только о том, как подросток выиграл 25 000 долларов. Это пример того, как детское увлечение может вырасти в серьёзный инженерный поиск, а лист бумаги — превратиться в основу технологий, которые однажды помогут людям пережить тяжёлые дни после стихийных бедствий.