Ingeniører opdager unik egenskab ved plastiksugerør

”Velsagtens den mest betydningsfulde teknologiske bedrift i det 20. århundrede”.

Vi taler ikke om hverken biler, computere, Internettet, fjernsynet eller rumraketter. Nej, vi taler såmænd blot om sugerøret. Du ved, det der helt almindelige, bøjelige plastiksugerør, som ligger hjemme i enhver børnefamilies køkkenskuffer. For ja, den opfindelse er faktisk engang blevet beskrevet i så positive vendinger. Helt upartisk var udtalelsen nok næppe, for det var opfinderens egen slægtning, der sagde det, men måske det bøjelige plastiksugerør endnu ikke helt har fået den opmærksomhed, den har fortjent.

For det er faktisk mere unikt og rummer langt flere muligheder, end man lige umiddelbart skulle tro.

”Der har aldrig rigtig været nogen, der har kigget nærmere på, hvorfor det fleksible sugerør forbliver i den position, man sætter det i – heller ikke selvom sugerøret er noget, alle mennesker i hele verden bruger,” siger adjunkt Marcelo Dias fra Institut for Ingeniørvidenskab, Aarhus Universitet.

Det er nemlig det fantastiske ved sugerøret: På grund af dets hidtil uudforskede indbyggede multistabilitet kan sugerøret indstilles til uendeligt mange positioner langs den azimutale retning, og derefter blive stående i lige netop den konfiguration.

Det var den amerikanske opfinder Joseph Friedman, der i 1937 oprindeligt opfandt det bøjelige sugerør. En opfindelse han perfektionerede med sit patent af 1. maj 1951 til det, vi i dag kender som det helt almindelige fleksible sugerør.

Idéen slog ned i ham, da han sammen med sin lille datter Judith var på besøg i en slikbutik på 19. avenue nord for Golden Gate Park i San Francisco. I butikken iagttog han datteren drikke gennem et af datidens lige sugerør, som har eksisteret i årtusinder. Men det var bøvlet for hende, for sugerøret kunne ikke bøje over kanten af glasset.

Joseph proppede en skrue i sugerøret og viklede tandtråd hårdt om røret, så tråden og dermed røret blev trukket ned i skruens gevind: Et voilá! Et af verdens første eksempler på universelt design var skabt.

”Vi opsporede sugerørets historie og det mønster, der oprindeligt blev foreslået som patent. Sugerørets fleksible del fremstilles ved ekstrudering af plastmaterialet, og denne simple idé – det, der aldrig rigtigt er blevet værdsat før nu – er, at forspændingen i strukturen faktisk er kilden til enhedens multistabilitet," siger Marcelo Dias.

Den indbyggede forspænding i strukturen kan forklares ved at forestille sig, at man skærer et lille udsnit ud af sugerørets bøjelige del – altså en lille ring af plastik. Prøver man at klippe denne ring i stykker, vil materialet åbne sig, på grund af den indbyggede spænding (man kan sige, at ringen egentlig er designet med en større radius). Det er kun, fordi ringen er lukket, at strukturen bibeholder forspændingen, der sikrer muligheden for multistabilitet.

Marcelo Dias fra Institut fra Ingeniørvidenskab, Aarhus Universitet, har bidraget til det arbejdet, som et internationalt team af forskere og ingeniører ledet af James Hanna fra Virginia Tech og Ryan Hayward fra University of Massachusetts har udført. Marcelo Dias har hjulpet teamet med at formulere en matematisk model til flere 3D-printede versioner af den omtalte ring-struktur, for at kunne teste hvornår man opnår den helt korrekte forspænding i materialet. Idéen er, at strukturen opnår tilstrækkelig stabilitet i sin fase, uden at det koster for meget energi at flytte strukturen til en anden fase.

”For at strukturen kan forblive i den konfiguration, vi indstiller den til, og samtidig være fleksibelt nok til at kunne indstilles til uendeligt mange andre, har vi brug for en helt nøjagtig mængde forspænding," siger Marcelo Dias.

Og hvad kan man så bruge denne multistabile struktur til? Jo, der er faktisk langt flere muligheder for praktisk applikation, end man lige skulle tro. Særligt inden for robotteknologien og rumindustrien, hvor muligheden for at kontrollere eksempelvis robotarme med minimalt input og minimalt energiforbrug øjner sig:

”Det, vi forsøger at afdække her, er selve mekanismen: Muligheden for et system, der efter et indledende ”skub” falder ind i en fast tilstand og forbliver der,” siger Marcelo Dias og nævner mikrorobotter som et muligt eksempel på praktisk anvendelighed for teknologien.

FAKTA:

Projektnavn: Overcurvature induced multistability of linked conical frusta: how a ‘bendy straw’ holds its shape

Partnere: Nakul P Bende (University of Massachusetts), Tian Yu (Virginia Tech), Nicholas A Corbin (Virginia Tech), Christian D Santangelo (University of Massachusetts), James A Hanna (Virginia Tech), Ryan C Hayward (University of Massachusetts)