柔軟的機械為何更好？【官方雙語】【Veritasium真理元素】

這顆衛星推進器、塑膠工具， 微機械開關有何共同之處？ 好吧，它們都包含會彎曲的組件。 所謂的柔順機構。 本集節目由 SimpliSafe 贊助。 更多內容請見節目尾聲。 大約一個月前，我正在猶他州演講。 因此才會有這場訴訟，而那裡我遇到了這個人。 勞里·霍華教授，機械工程學系 因此，它一直被認為是不好的。 讓您的機器具備靈活性。 好吧，我們試著去處理那樣人人都討厭的東西 並試圖迴避並說道， 我們如何才能善用彈性來獲取優勢？ 我們該怎麼利用它來做酷炫的事情呢？ 現在，霍瓦爾教授確實撰寫了這本書。 符合性機構。 那是被引用次數最多的書。 但他對自己的工作卻相當隨意。 只看他如何介紹他所開發的這個機制。 防止核武器意外引爆。 其實，我正帶著一支核武器部隊。 因此，如果—— 是的，如果你想要做—— anye, anye, anye, anye, anye. 什麼是核武器？ 安全與起爆。 是的，所以如果世界上有任何事情 你想要安全 那不會不小心啟動的。 我覺得這根本不用說， 但沒錯，核武器， 顯然，你並不希望他們離開。 我不明白這一點。 將會確保核武器的安全。 現在，我想回到這個裝置 並解釋其運作原理。 一旦我們理解了順從機制的原因 最適合執行此項任務。 那我們就從基礎開始吧。 我設計過的首個符合規格的機構 這東西是這樣嗎。 它是一種符合要求的機構，也就是一個夾持器。 所以你可以往裡面放點東西 而且它實際上會產生非常大的力量。 我可以把它放進去，然後弄碎粉筆。 如果你把手指伸進去，然後擠一下會怎樣？ 你會痛得尖叫。 想試試看嗎？ 我會。 我其實想感受一下那股力量。 不過你得自己擠。 真的嗎？ 好吧，我來擠一擠。 直到你因痛苦而尖叫為止。 不要，別這樣。 那很快就變得難以忍受地疼痛。 感覺就像把手指伸進夾具裡一樣。 那看起來很像是一把鉗子。 但如今有了這些靈活的組件， 合頁的位置。 我在訪問何洛威教授期間所學到的 合規機制具有多項優勢。 傳統機制之外。 但我以為他需要一種巧妙而簡明的表達方式。 記住所有這些優勢。 因此，我提出了符合性機構的八個P。 其中第一個是零件數量。 符合性機構已減少零件數量 因為它們有這些柔韌的部件 而不是使用鉸鏈和軸承之類的零件 以及分離的彈簧。 這個夾爪只是一塊單獨的塑膠。 但達到了類似的效果 到更為複雜的鉗子。 放大力氣的程度有多少？ 這將獲得大約三十比一的回報。 因此，我輸入一磅的力，就能得到三十磅的輸出力。 那不錯啊。 看起來那會便宜得離譜。 而且非常便宜。 所以這就是我們在車間裡剛剛製作的東西， 但你也會想到注塑成型也適用於此。 那大概只要幾分錢而已。 是的，這會花幾美分。 另一個原因是由於它的形狀， 你可以將其延伸，然後直接切掉。 那會很酷。 因此，簡單的設計允許採用不同的製造工藝 用於此用途，可降低價格。 例如這些開關， 在一片塑膠中實現 彈簧和合頁通常用於什麼地方？ 以及許多堅硬的塑膠零件。 同時也是一款不錯的解壓玩具。 這些能撐多久？ 我們在疲勞測試機上使用過這些。 我們已經成功運行超過一百萬個循環而未出現故障。 那是什么？ 好吧，德里克，我來考你一個問題。 不好了。 給你一個測驗，好嗎？ 象 我會的，非常好。 好的，我要推一下大象的屁股了， 這個方向，好嗎？ 我會拿著這個，還有那邊那個小點， 那個點，當我按下去的時候 會往左、右、上還是下走？ 我剛剛，你知道嗎？ 我本想不假思索地猜一下。 請務必這樣做。 我要說，往上且往內。 好的，向上並進入。 而且我感覺到那樣。 因為那對一頭大象來說是一種合乎邏輯的方式 將其樹幹保持超過 但也因為，就像，如果這一切都要結束的話， 我覺得這可能會稍微延伸過去。 而且那會被推進去裡頭。 好主意。 嗯，我不知道，這算是好想法嗎？ 那……至少，那是思考，所以…… 這項設計的目的是，當你按壓那個部位時， 它其實只是在太空中旋轉。 它完全不會移動。 我知道你會耍些手段 這是一個騙人的問題，故意設局考我。這根本就是個陷阱問題。 既然我被它騙了， 我不得不拿我的朋友——那個物理女孩——試一試。 那太迷幻了。 太酷了。 我不懂，什麼？ 它模仿了你在風洞中使用的機制。 你想擁有的地方，例如一個附著在這裡的模型， 但當你移動它時，你只會想做這件事 控制其角度， 而且不要在風洞中移動它。 不要移動它，但要能改變角度。 這種裝置顯示了柔順機構的特性 能夠產生非常精確的運動， 這一點我個人覺得相當反直覺 因為這些物件由柔韌的部件組成。 但或許這並不令人驚訝 由於符合機制 首先，不要遭受反效果。 因此，當你有一個鉸鏈時，就會產生反作用力。 基本上就只是個銷釘插在孔裡。 而且它正朝一個方向移動。 而現在，如果在某個時刻運動方向發生反轉， 這不會瞬間發生 因為合頁有些活動空間。 這也會造成磨損，並需要潤滑劑。 因此，合規機制正是如此。 表現更佳 比起傳統的對應物。 不過，這個是我最喜歡的。 這也是我的最愛之一。 就是這麼令人愉悅，對吧？ 噢，那個聲音真是太令人滿足了。 這實際上，無論你相不相信 當我們在做事時受到了啟發 在微觀層面上 我們正在晶片上建構符合規範的機制。 我們必須能夠製造出符合規範的機制 來自矽，其脆性堪比玻璃。 如果你試圖做出類似這樣的東西 玻璃製的，對吧，這簡直難到離譜。 但這也意味著，一旦我們釐清了設計方案， 我們可以用類似PLA這樣的材料來製作它。 這也是一樣的，你知道的 不是理想的 compliant mechanism 材料。 因此你可以登入我們的網站 並取得檔案自行製作。 我會把連結放在說明欄中。 是的，這也有一種很棒的觸感和清脆的彈性。 它有著非常出色的彈性。 我喜歡它出來時的樣子，就像黏糊糊的污垢一樣。 你知道嗎，就是說，那裡有什麼地方讓人覺得…… 這真的非常令人愉快。 所以這些東西真的會移動？ 對啊，對啊，對啊。 我需要看看這個。 好的，沒問題，我們就這麼做。 那些是刻在上面的嗎？ 是的，那些是雕刻出來的。 因此，僅僅使用相同的流程 用於製造電腦晶片。 因此，符合性機構的另一個優勢是 那就是它們可以被製造出來 比例顯著較小 因為他們利用了生產流程 如同光刻技術。 而且我們想要在微觀層面上實現運動。 那很明亮。 此外，由於它們能簡化設計， 符合規範的機構要輕便得多， 輕便的 這使得它們非常適合用於太空應用。 這就是我們與美國國家航空暨太空總署（NASA）合作完成的項目。 製作一個可取代軸承的鉸鏈 例如，部署太陽能板。 這是鈦金屬，3D列印的鈦金屬。 但奇怪的是，你會感受到那種運動感 哪些人所期待的， 但有一塊鈦合金可以彎曲 正負90度，180度偏轉。 那是實心鈦。 那是一塊3D列印的鈦金屬。 沒有合金，什麼都沒有，無法讓它變得柔韌。 沒錯，這就是，沒錯，甚至比這還離奇。 他就在那裡，對吧。 看來像一隻瘋狂的野獸。 但裡面的每一部分都有其用途。 所有這些柔韌的梁。 以下是兩個輸入。 同樣地，我們也與美國國家航空暨太空總署（NASA）合作，針對推進器應用進行了此項工作。 你可以在那裡安裝一個推進器。 現在，有了我們的兩個馬達輸入， 我們可以將這台推進器朝任何方向調整。 那個鈦金屬裝置移動了那個。 你注意到的只是它一直在弯曲而已。 然後燃油管路沒有任何狹窄部位 或電力線路接入。 這裡，這塊單獨的鈦金屬 讓您可以用一個推進器取代兩個。 好吧，這真是關鍵時刻。 所以這個想法是，如果你把它轉得非常快的話， 因為它具有彈性， 這外部部分實際上會開始向外伸出。 然後如果周圍有一面鼓， 它會接觸那個鼓並旋轉那東西。 哦，所以這類似於，哦，那樣就這樣出來了。 當它轉得非常快的時候， 然後你基本上就啟動了外層的鼓。 所以這就像電鋸的工作方式一樣 或類似的事情 因為你讓它轉得夠快 然後它會嚙合鏈條，並使其翻轉。 然後，是的。 哇，太酷了。 這裡是用塑膠製成的，以便於觀察。 但實際上，它必須僵硬得多。 所以這裡是用鋼材製成的。 所以等一下，你是說那個東西， 由鋼材製成的， 你將它加速到某一特定速度， 然後它會擴展並觸發周圍的鼓？ 對。 如此閒散，毫無動靜。 但當達到某個速度，或是我們設計的那個速度時， 它會加速到那個轉速。 你加快速度，它就會啟動。 沒錯。 我一無所知。 就像我今天學到了一些東西。 那麼，讓我們回到安全措施上來。 核武器的引爆裝置。 其目的是確保不會出現隨機振動， 由於地震，不小心導致安全裝置失效 並武裝核武器。 現在，其中一項要求是這個裝置 盡可能地做小。 他們把它們做得盡可能小。 使用傳統方法 即使使用像瑞士鐘錶製造商之類的東西 正在使用。 透過符合性機構， 他們製造了一種由硬化不鏽鋼製成的裝置 其中一些元件的大小僅如人髮般細小。 這是高速影片。 在此，該裝置運行於 72 赫茲， 意思是這個小洞 每秒完成兩次完整的旋轉。 它原本的運作方式 當解鎖雷射光照射到轉子輪時， 當系統接收到適當的輸入時， 輪子轉動了一格。 只要提供了所有正確的輸入， 然後孔洞就會與雷射光束對齊 從那之後，瘋狂的事情接踵而來。 因此，確保該裝置的性能至關重要 完全可預測的， 即使它在倉庫中塵封數十年也無所謂。 那麼現在它們是否已用於核武器上？ 你知道嗎，結果他們並沒有告訴我們 他們對核武器怎麼做？ 因此我們設計了它們，製作了原型，並進行了測試， 然後它會進入他們所稱的圍欄後面。 以及所有內容都被分類的地方， 而且，你知道的，我們不知道會發生什麼，所以…… 嘿，本集節目由像你一樣的觀眾支持播出 在 Patreon 上以及由 SimpliSafe 提供， 極其高效且可靠的家居安全系統。 現在，我開始認真考慮家庭安全問題。 有一天，有一架警用直升機 在上方盤旋，結果發現 那棟街對面的房子遭竊了。 SimpliSafe 讓您輕鬆保護您的家。 他們寄給我一個套裝，包括一個基地站， 相機和多個感應器，安裝設定非常簡單。 我大約花了一小時就完成了。 系統由專業人員全天候24小時監控， 他們可以打電話給你或通知警方 一旦發生入侵事件， 因此，它使用起來既簡單又直觀。 還有一些精心設計的內建功能。 例如，它會提醒你門是否還打開著。 定價公道誠實，無合約或隱藏費用。 並且配備了應對最糟糕情況的裝置， 例如當Wi-Fi中斷或電力中斷時， 它仍然有效，因此要了解更多， 前往 simplisafe.com/Veritasium。 我想感謝 SimpliSafe 對 Veritasium 的支持。 並感謝您觀看。