Специальный тип пластика может заставить свернутые солнечные панели раскрываться самостоятельно при воздействии солнечного света. Это может быть полезно для солнечных батарей, которые питают космические аппараты. Такие фотопанели моги быть помещены в небольшой контейнер и развернуты после выхода в космос.
Обычное такие типы солнечных панелей разворачиваются с помощью какого-то внешнего контроллера, будь то механическая система, например, отпущенная спиральная пружина, или небольшой мотор.
Однако детская игрушка вдохновила на создание солнечного элемента с новым дизайном. Благодаря этому конструкция может развернуться и увеличить площадь поверхности в 10 раз всего за 40 секунд без какого-либо источника энергии. Все это благодаря полимеру, который движется в ответ на изменения температуры. Эта концепция может также использоваться в других ситуациях, когда листоподобные конструкции претерпевают резкие и быстрые изменения формы, такие как палатки или кровельные навесы.
Листы и мембраны, которые развертываются из компактных форм, согнутых в форме оригами, называемых развертываемыми структурами, имеют множество потенциальных применений в архитектуре, производстве энергии и робототехнике. Они встречаются в природе — например, в сложенных крыльях насекомых и в почках, которые затем разворачиваются в листься.
Инженеры-механики Кристина Ши из Швейцарского федерального технологического института в Цюрихе и Кьяра Дарайо из Калифорнийского технологического института в Пасадене и их коллеги хотели разработать развертываемую структуру, которая открывалась бы быстро и без внешнего источника питания. Ши и член ее команды Тиан Чен ранее строили механические конструкции, которые изменяют форму в зависимости от температуры, используя так называемый полимер с памятью формы. Ниже определенной температуры перехода материал становится жестким, поэтому его можно согнуть, когда он теплый, а затем «зафиксировать» определенную конструкцию путем охлаждения. При более высоких температурах материал становится мягким и возвращается в исходное состояние. Другие исследователи использовали эти материалы для изготовления листов, которые самопроизвольно складываются в коробки, пирамиды и другие формы в ответ на изменения температуры.
Устройство, созданное командой, имеет жесткий каркас из шарнирных соединений. Соединения используют механизм, разработанный инженером Чаком Хоберманом архитектуры. Дизайн похож на так называемую сферу Хобермана, продаваемую в виде игрушки, которая при закрытии образует компактную шариковую форму, но открывается в гораздо большую сферическую оболочку.
Однако новая структура использует круглую, а не сферическую рамку, которая удерживает лист в форме диска. Лист складывается по тому же принципу, что и оригами, в котором параллельные складки позволяют ему сворачиваться в компактную спираль, несколько напоминающую рисунок лепестка розы. Исследователи смогли создать эффективно упакованную и быстро разворачивающуюся конструкцию путем вычислительной оптимизации схемы сгиба для наилучшего размещения в рамках 20 петель Хобермана.
Команда изготовила шарниры и тонкий лист из полимера с памятью формы. Они сложили лист и его навесную раму в компактное состояние при высокой температуре, а затем зафиксировали его, охладив до комнатной температуры. Полностью раскрытый лист диаметром 79 см был получен изначально компактным объектом размером всего 25 см в поперечнике.
При использовании солнечных батарей полимерный лист с памятью формы может быть покрыт фотоэлектрическим материалом, хотя вполне возможно, что материалы с памятью формы могут быть разработаны уже с фотоэлектрическими свойствами.
Для использования в космосе разворачивающийся переход может быть вызван просто нагревом материара из-за поглощения солнечной радиации, при условии, что используются полимеры с памятью формы, которые переключаются при температурах космоса.