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On the lawn of Harvard's Science and Engineering Complex, a deflated polyurethane shell can be carried by a few people. Fill it with air, and the roughly person-height structure becomes a pavilion-scale form; shift its programmed hinges, and it reconfigures between a cone-like enclosure, a tunnel and a canopy. The demonstration is the centerpiece of a Harvard project that gives inflatable membranes more than their usual two stable states.
Sur la pelouse du complexe scientifique et d'ingénierie de Harvard, une enveloppe dégonflée en polyuréthane peut être transportée par quelques personnes. Remplie d'air, cette structure d'une hauteur approximativement équivalente à celle d'une personne prend une forme à l'échelle d'un pavillon ; en modifiant ses charnières programmées, elle se reconfigure entre une structure conique, un tunnel et une couverture. Cette démonstration est la pièce maîtresse d'un projet de Harvard qui confère aux membranes gonflables davantage que leurs deux états stables habituels.
The trick begins with a flat rectangular pouch. Most inflatable membranes bend rather than stretch under pressure, producing wrinkles or crumples that designers typically try to eliminate. Harvard researchers instead placed notches along the pouch's edges, directing those crumples across the surface so they act as mechanical hinges. Tuning the notches' geometry and spacing let the team switch each hinge between two mirror-image positions while keeping the internal pressure constant.
L'astuce commence par une pochette rectangulaire plate. Sous l'effet de la pression, la plupart des membranes gonflables se plient plutôt qu'elles ne s'étirent, ce qui produit des plis que les designers cherchent généralement à éliminer. Les chercheurs de Harvard ont au contraire placé des entailles le long des bords de la pochette afin de diriger ces plis à travers la surface et de les faire agir comme des charnières mécaniques. Le réglage de la géométrie et de l'espacement des entailles a permis à l'équipe de faire passer chaque charnière entre deux positions symétriques en miroir, tout en maintenant une pression interne constante.
The work grew from modular shapes designed by Hye Jun Youn, then a master's student at Harvard's Graduate School of Design. She worked with structural designer Martin Bechthold and Katia Bertoldi's applied mechanics group, including Leon Kamp and Yi Yang, to understand why the small polyurethane forms curled and held their shapes. Once the mechanism was established, the team arranged the units into one-dimensional chains and two-dimensional sheets that could fold or snap into different three-dimensional forms. A small demonstration even toggled a lamp when a crumpled hinge flipped.
Le projet est né de formes modulaires conçues par Hye Jun Youn, alors étudiante en master à la Graduate School of Design de Harvard. Elle a travaillé avec le designer structurel Martin Bechthold et le groupe de mécanique appliquée de Katia Bertoldi, notamment Leon Kamp et Yi Yang, pour comprendre pourquoi les petites formes en polyuréthane se recourbaient et conservaient leur forme. Une fois le mécanisme établi, l'équipe a assemblé les unités en chaînes unidimensionnelles et en membranes bidimensionnelles capables de se plier ou de se verrouiller dans différentes formes tridimensionnelles. Une petite démonstration permettait même d'allumer et d'éteindre une lampe lorsqu'une charnière plissée basculait.
Scaling the pattern demanded new fabrication work. Staff at the Graduate School of Design's fabrication lab adapted a large CNC cutting machine to weld intricate designs into wide polyurethane rolls. A commercial inflatable manufacturer in Providence, Rhode Island, completed the edge sealing for the largest prototype, which the researchers then demonstrated outdoors.
La transposition du motif à plus grande échelle a nécessité de nouveaux travaux de fabrication. Le personnel du laboratoire de fabrication de la Graduate School of Design a adapté une grande machine de découpe CNC pour souder des motifs complexes dans de larges rouleaux de polyuréthane. Un fabricant commercial de structures gonflables de Providence, Rhode Island, a réalisé l'étanchéification des bords du plus grand prototype, que les chercheurs ont ensuite présenté en extérieur.
So what changes, concretely? Inflatable structures could become reconfigurable objects rather than single-purpose shells: a panel could change curvature, while a larger structure could take different spatial forms after inflation. The immediate result is a mechanics-based framework and a meter-scale demonstration. The research, published in Advanced Science, lays groundwork for further inflatable devices, while the Harvard team has shown that controlled crumples can survive the jump from small laboratory units to pavilion scale.
Concrètement, qu'est-ce que cela change ? Les structures gonflables pourraient devenir des objets reconfigurables plutôt que des enveloppes à usage unique : un panneau pourrait modifier sa courbure, tandis qu'une structure plus grande pourrait prendre différentes formes spatiales après son gonflage. Le résultat immédiat est un cadre fondé sur la mécanique et une démonstration à l'échelle du mètre. Publiée dans Advanced Science, cette recherche pose les bases d'autres dispositifs gonflables, tandis que l'équipe de Harvard a montré que des plis contrôlés pouvaient passer de petites unités de laboratoire à une échelle comparable à celle d'un pavillon.