Proč jsou ohebná zařízení lepšíVeritasium

Co mají společného tryska satelitu, plastový nástroj a mechanický mikro přepínač? Všechny obsahují ohebné součástky, tzv. poddajné mechanismy. Tuhle epizodu sponzoruje SimpliSafe. O nich si povíme na konci videa. Asi před měsícem jsem přednášel v Utahu, proto mám oblek, a tam jsem poznal tohoto pána. Larry Howell, profesor strojního inženýrství. Vždy se mělo za to, že je špatné, když jsou vaše stroje pružné.

Zkuste si vzít tu věc, kterou všichni nenávidí a snaží se jí vyhnout, a říct si: "Hele, jak můžeme pružnost využít? Jak ji použít k vytvoření fajn věcí?" Profesor Howell o poddajných mechanismech napsal knihu. Tohle je nejvíce citovaná kniha v... Je ale docela skromný. Sledujte, jak popisuje mechanismus, který vyvinul pro zabránění náhodnému spuštění jaderných zbraní. K zajištění a odjištění jaderných zbraní.

- Jestli chcete... - Cože? Počkejte, počkejte. Co s jadernými zbraněmi? - Zajištění a odjištění. - Zajištění a odjištění. Jestli chcete, aby bylo něco opravdu bezpečné, - aby se to náhodou nespustilo... - Asi to není potřeba vysvětlovat, ale jasně že nechcete, aby se jaderné zbraně spustily. Nerozumím tomu, jak je tohle má zabezpečit. K tomuhle zařízení se vrátíme později a vysvětlíme si, jak funguje, ale napřed musíme vědět, proč se k tomu poddajné mechanismy hodí nejvíce.

- To je husté. - Začněme s něčím jednoduchým. První poddajný mechanismus, který jsem navrhl, byl tenhle. Je to poddajný mechanismus – kleště. Můžete sem něco dát a velkou silou to stisknout. Můžu tam vložit křídu a ono ji to rozdrtí. - Co když tam dáte prst?

- Křičel byste bolestí. Chcete to zkusit? Ano, rád bych chtěl zkusit tu sílu. - Ale musíte to zmáčknout sám. - Vážně? Dobře, zmáčknu to já, dokud nebudete křičet bolestí. Hodně rychle to začalo bolet. Jako bych měl prst ve svěráku. Vypadá to podezřele stejně jako kleště, ale místo pantů jsou tam pružné části. Při schůzce s profesorem Howellem jsem se dozvěděl, že mechanismy poddajné mají oproti tradičním řadu výhod. Ale přišlo mi, že nám chybí dobrá mnemonická pomůcka.

A tak jsem vymyslel "8 P" pro poddajné mechanismy. První z nich je počet částí. Poddajné mechanismy mají snížený počet částí, protože místo pantů, ložisek a pružin mají ohebné části. Tyhle kleště jsou tvořeny jedním kusem plastu, ale dosahují stejného výsledku jako komplikovanější klasické kleště. - Kolikrát to zvětšuje sílu? - Tohle zvládne asi 30:1, takže 1 Newton dovnitř, 30 Newtonů ven.

To je docela dobré. Vypadá to hodně levně. Je to opravdu levné. Tohle vyrábíme tady v dílně. - Může se to vyrábět vstřikováním. - To by stálo centy. Ano. Dále díky tomuto tvaru je můžete vytlačit a uříznout. Jednoduchý design umožňuje použití různých produkčních procesů, což snižuje pořizovací cenu. Například tyhle přepínače pomocí jednoho kusu plastu zvládnou vše, k čemu je normálně potřeba pružin, pantů a neohebných plastových součástek.

Tohle je také dobrá hračka. - Jak dlouho vydrží? - Testujeme je v únavových strojích a bez chyby dokáží vydržet přes milion cyklů. - Co je tohle? - Dereku, mám pro vás hádanku. - Hádanka pro vás, dobře? - Slon. Výborně, je to slon! Strčím do něj tímhle směrem. Budu ho držet tady.

Když do něj strčím, pohne se tahle tečka doleva, doprava, nahoru, nebo dolů? Víte co, zkusím hádat, aniž bych nad tím přemýšlel. - Zkusím nahoru a dovnitř. - Dobře. Myslím si to, protože dává smysl, aby se takhle slon hýbal. Také kvůli tomu, že to celé půjde dopředu, tady se to vykloní a tady půjde nahoru. - Přemýšlíte dobře. - Myslíte? Alespoň přemýšlíte.

Je to navržené tak, že když na to zatlačíte, jen se to otáčí v prostoru, nehýbe se to. - Já věděl, že mě napálíte. - Je to chyták. Jelikož to zmátlo mě, musel jsem to vyzkoušet na mé kamarádce – Physics Girl. To je haluz! To je hustý! Nechápu to. Návrh je odvozen od modelů používaných v aerodynamických tunelech, kdy například potřebujete přichycený model, se kterým hýbete, a potřebujete měnit jen jeho úhel - a nehýbat s ním.

- Nepřesouvat ho, ale měnit úhel. Zařízení jako tato ukazují, že poddajné mechanismy dokáží vykonávat precizní pohyby. To mi nedávalo smysl, protože jsou vyrobeny z pružných částí. Ale možná by mě to nemělo překvapovat, protože poddajné mechanismy netrpí zpětným rázem.

Ten nastává, když máte pant, což je v podstatě kolík v otvoru, a ten se pohybuje jedním směrem. Když se začne pohybovat na druhou stranu, nestane se tak okamžitě, protože je tam vůle. To také pant opotřebovává a je nutná lubrikace. Z tohoto důvodu mají poddajné mechanismy lepší pracovitost. - Tenhle je můj oblíbený. - Můj také. Je to příjemné, že?

Ten zvuk je tak uspokojující. K tomuto zařízení jsme se inspirovali při práci na mikroskopické úrovni, kdy jsme vyráběli poddajné mechanismy na čipech. Podařilo se nám je vyrobit z křemíku, který je křehký jako sklo. Je opravdu těžké vyrobit něco podobného ze skla. Je to neskutečně těžké. To také znamená, že jakmile jsme vymysleli návrh, můžeme je vyrábět i z PLA, což také není ideální materiál.

Můžete se podívat na naše stránky, stáhnout si návod a vyrobit si to sami. Dám odkaz do popisku videa. Ano, tenhle je také příjemný na omak, hezky praská. To ano, hezky praská. Líbí se mi, když se to vrátí nazpět, udělá to: "Gonk!" Je na tom něco uspokojivého. - Tyhle se vážně pohybují? - Ano. - To musím vidět.

- Dobře, jdeme na to. - Ty jsou tam vyleptané? - Ano, vyleptané. Používá se stejný proces jako při výrobě počítačových čipů. Další výhodou poddajných mechanismů je, že jejich proporce mohou být daleko menší, protože mohou být vyráběny procesem fotolitografie. Je tam mikroskopický pohyb. Díky zjednodušenému designu jsou poddajné mechanismy přenosné, tudíž lehké, díky čemuž se výborně hodí k použití ve vesmíru.

Tady je něco, co jsme vyráběli s NASA. Vyrobili jsme pant, který nahrazuje ložiska například při rozvinutí solárních panelů. Tohle je 3D vytisknutý titan. Zvláštní na tom je, že s ním můžete pohybovat takto, což lze očekávat, ale je to titan, který je schopen ohýbat se o 180°. Tohle je jeden kus titanu?

Je to 3D vytisknutý jednolitý kus titanu. Není to slitina, nic pro zvýšení pružnosti? Ne. A ještě podivnější je... tahle součástka. Vypadá to jako něco šíleného, ale každá část má svůj účel. Tyhle pružné vzpěry. Jsou tu dva vstupy. Tohle jsme také vyráběli s NASA pro ovládání trysek.

Sem můžete dát trysku a pomocí dvou vstupů pro motor můžeme trysku ovládat jakýmkoliv směrem. Hýbe s tím titanové zařízení a všimněte si, že se to jen ohýbá. Nejsou tam úchyty pro palivové a elektrické potrubí. Tenhle jednolitý kus titanu umožňuje místo dvou trysek použít jen jednu. Tohle je spojka. Spočívá to v tom, že když to hodně rychle roztočíš, tahle vnější část začne vystupovat, protože je to celé pružné.

Pokud to obklopuje bubínek, spojí se to s ním a začne jím otáčet. Aha, tohle tedy začne vystupovat. Točí se to hodně rychle, takže se to spojí s vnějším bubínkem. Podobně funguje motorová pila. - Spojí se to s řetězem a roztočí ho. - Ano, odstředivá síla. To je husté. Tohle je vyrobené z plastu jako ukázka, ale ve skutečnosti to musí být pevnější, takže tady je ocelová varianta.

Tvrdíte mi, že tuhle ocelovou věc roztočíte do určité rychlosti, ona expanduje a spojí se s bubínkem okolo ní? Ano. V klidu je nečinná, ale při určité rychlosti, která se odvíjí od návrhu, to nabere otáčky a... - Roztočíte ji a ona se spojí. - Ano. To jsem netušil, dnes jsem se naučil něco nového.

Vraťme se k pojistkám jaderných zbraní. Zabraňují náhodným vibracím způsobeným například zemětřesením, aby nechtěně nedošlo k odjištění a připravení na odpal. Jedním z požadavků bylo, aby tohle zařízení bylo co nejmenší. Vyrobili je tak malé, jak jen pomocí tradičních metod mohli. Dokonce pomocí metod používaných švýcarskými výrobci hodinek. Pomocí poddajných mechanismů vyrobili zařízení z tvrzené nerezové oceli, kde některé součástky byly velké jako lidský vlas.

Tohle je vysokorychlostní záběr. Zařízení zde operuje při 72 Hz. Tahle malá dírka se za sekundu otočí dvakrát kolem dokola. Funguje to tak, že se laserem posvítí na kolo rotoru. Pokud systém obdrží správný signál, kolečko se posune o 1 zub. Pokud systém obdrží ty správné signály, dírka se nasměruje na laser a pak začnou ty šílenosti.

Je nesmírně důležité, aby pracovitost tohoto stroje byla dokonale předvídatelná, i kdyby desítky let ležel nepoužívaný v odpalovací rampě. Používá je teď na jaderných zbraních někdo? Nám neřeknou nic, co s jadernými zbraněmi dělají. My je navrhneme, uděláme prototypy, otestujeme je a pak to jde za uzavřené dveře, kde je vše utajené. Nevíme, co se s nimi děje.