导读


最近,瑞士苏黎世联邦理工大学的科研人员开发了一种新型的雷达反射器,它的面板组装链接机制十分独特。发明者已经申请了专利,且希望它能应用于更多领域,比如说我们日常家具的部件组装。

关键字

雷达反射器、部件组装

背景


在我们的日常生活中,会遇到各式各样的家具,例如橱柜、桌子、书架等等。为了保证它们整体结构的稳定,我们往往会使用螺丝来固定各个部件。


但是,这种使用螺丝的传统方法,也具有一些问题,例如积累灰尘、生锈、不牢固等等。另外,还有更重要的一点,就是拆装变得十分麻烦,这样会影响到打包和运输。


那么,有没有什么创新方法,可以取代螺丝呢?是否可以稳定地链接不同的部件,而拆卸起来又十分方便?

创新

最近,瑞士苏黎世联邦理工大学土木和环境工程系的计量工程师 Cornelius Senn 和他的博士后同事 Silvan Leinss 通过创新探索,开发出一种新的部件连接机制,它能将雷达反射器的不同面板,稳定连接在一起。为此,他们申请了专利。


(图片来源于:苏黎世联邦理工大学


为了理解发明者付出和艰辛,John 根据苏黎世联邦理工大学的介绍,带大家简单回顾一下他们这段创新探索的历程。


首先介绍一下雷达技术,它是利用电磁波进行目标的探测和测距,测试目标的空间位置。原理就是发射电磁波,对于目标进行照射,然后接收其发射的电磁波,从而获取距离、径向速度、方位、高度等信息。


一开始,是一位博士生在开发雷达反射器,让它应用于冰雪环境,生成海拔模型,在已知坐标位置基础上,作为参考点使用。同时,反射器也可以用于调整雷达信号的焦距,通过雷达图像,判断冰川融化和山体滑坡的速度,且精确到毫米范围。


后来,这位博士生想让Senn 加入雷达反射器的开发。但是,Senn 看到这些由不同材料组成的反射器,存在明显问题:即不牢固也不轻盈


所以,Senn拒绝了这位博士生的请求。然后,他立即开始探索一种替代方案,可是面临一个主要问题:


是否能够在反射器上钻孔,然后用螺丝将它固定,这样会不会干扰测量?


 后来,物理学家、博士后 Silvan Leinss 加入进来,他认为:


雷达使用的波长有几厘米,所以任何更小的物体都不会影响测量。


为了搞清楚这个想法,和Senn一样,Leinss 甚至携带现有的反射器,去实地场测。他携带40公斤的包袱,爬上位于格陵兰岛的几百米高的雪山。为了将反射器带上飞机,他甚至切掉反射器的转角(他完全了解反射器转角处的反射波长会消失)。


户外的雷达反射器

(图片来源于:苏黎世联邦理工大学

背负40公斤的行李前进

(图片来源于:苏黎世联邦理工大学


他在考虑几个问题:


  • 反射器必须这么沉重而笨拙吗?

  • 在零下的气温条件,是否有方法可以进行现场组装?

  • 理想的形状又是什么样的?


两个发明者为了搞清楚这些问题,不断的进行探索。Leinss 通过使用螺丝和铝箔金属薄板的方法进行了测试,结果显示:


单独的螺丝并不影响测量,反射器也并不需要特别厚。但是,更薄的反射器需要更多、更短的螺丝。


然而,Senn 根据以往的经验认为:


“一旦你将组装成这种反射器,你显然无法在零下的气温环境下,例如格陵兰岛这样的地方,对它们进行再次拆卸和组装。”

另外,采用这种“钢琴铰链”式的方案,在长条金属上安装若干个螺丝,如果有脏东西进来,就会弄坏它。而且,不同材料的金属片,也会导致电解腐蚀。

所以,Seen 最终放弃了这个想法,并且带来一种更加好的解决方案,一种链锁的系统,如下图所示:


(图片来源于:苏黎世联邦理工大学

最后,Seen 正在申请一个专利,这个专利不仅关系到雷达反射器,重要的是连接面板部件的机制。虽然,这个想法很简单,但是机制描述起来却很难。


技术


根据瑞士苏黎世联邦理工大学的介绍,这项专利技术可以让面板的不同部件(通常由金属或者树脂玻璃制成)稳定的连接在一起,他们使用的并不是螺丝,而是一种倾斜的叶片,进行连接


对于这项技术,抽象的描述显得十分困难。所以,我们还是看看Cornelius Senn 的演示视频截图吧。演示中,他展示了两块和三块面板的链接情况,可以看出组装和拆卸十分方便。


(图片来源于:苏黎世联邦理工大学

(图片来源于:苏黎世联邦理工大学

(图片来源于:苏黎世联邦理工大学

(图片来源于:苏黎世联邦理工大学


价值

这种雷达发射器的创新链接机制,未来有望替代螺丝的作用,并且应用于更多领域,例如书架、橱柜和其它日常生活中的家具。同样,这种机制还能适用于屋顶结构。这或许是一种革命性的创新机制。


未来


Senn 有着很多想法,并且也构建了一些模型。不过,他认为还需要一段时间的开发,寻找一个实际的应用案例。


他也欢迎来自学校内合作伙伴,或者学校外的企业,未来一起合作开发产品,更好利用这一设计机制的创新价值。

参考资料


【1】https://www.ethz.ch/en/news-and-events/eth-news/news/2017/04/pure-genius.html



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雷达反射器组装新机制:未来家具可能不再需要螺丝!
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