在凯特琳·米勒副教授的带领下,研究人员首先从马萨诸塞州萨默维尔的一群被砍伐的树木中收集了废木材。科学家对树干或大树枝一分为二的Y 形分叉特别感兴趣。通常,这些部件会被简单地丢弃或烧毁。
穆勒说:“树枝是自然设计的结构连接,作为树木的悬臂,这意味着它们由于其内部纤维结构而有可能非常有效地传递力。” “如果你从中间砍下一根树枝,你会看到一个令人难以置信的纤维网络,它们交织在一起,在树上形成这些通常是三维的负载转移点。我们开始使用3D 打印做同样的事情,但是我们离自然的要求还差得很远。”
一旦科学家收集了大量树枝,他们就开始对每个树枝进行3D 扫描,然后将其数字模型添加到数据库中。使用所谓的“匈牙利算法”,可以确定数据库中的哪些分支最能满足特定Y 形节点的承载要求(其中两块直材料聚集在一起以支撑负载)特定的人造结构。
该系统还可以反向工作,展示如何改变结构的其他方面,以利用特定节点的特定树枝。
在该过程的下一步中,使用另一种算法来引导机器人切割选定的树枝,以便它们能够最好地适应并承受各自节点位置的负载。最后,计算机模型指导团队完成组装过程,显示哪些分支对应哪些节点。
虽然我们可能还需要一段时间才能看到使用这项技术建造的实际建筑,但穆勒和他的同事确实建造了一个概念验证的木制雕塑,并在麻省理工学院校园内展出。由于他们的研究因大流行而推迟,该作品仍在进行中——目前包括12 个树枝节点,但最终应包括大约40 个。然后它将安装在萨默维尔市,捐赠的树木曾经生长在那里。