Miesięcznik Federacji Stowarzyszeń Naukowo-Technicznych NOT

30. edycja plebiscytu Złoty Inżynier
Baner poziomy

Tensegrity

Bardzo rzadko się zdarza, że sztuka inspiruje technikę. Różne są cele tych dziedzin. Sztuka ma wyrażać i wywoływać emocje. Ale każdy przecież ma inne odczucia estetyczne i co innego go emocjonuje. Cel techniki jest oczywisty i uniwersalny: ma pełnić ściśle określoną funkcję, z praktycznym pożytkiem dla każdego.

Jednym z fascynujących wyjątków jest techniczna idea tensegrity. Termin ten, wprowadzony w latach 60., składa się ze słów angielskich: tension – rozciąganie i integrity – spójność. Oznacza to zasadę, polegającą na tworzeniu układów złożonych wyłącznie z elementów ściskanych i rozciąganych. Elementy ściskane – pręty proste (zastrzały) nie łączą się; są natomiast spojone siatką elementów rozciąganych – cięgien. Powstaje ograniczona przestrzeń z cięgnami na zewnątrz i zastrzałami wewnątrz. Ideę tę zaproponowali w tym samym okresie trzej wybitni architekci David Georges Emmerich, Richard Buckminster Fuller i Kenneth Snelson, zainspirowani pracami łotewskiego awangardowego artysty Karla Iogansona z lat dwudziestych. Używał formuły: struktury samonaprężające się. Tensegrity tłumaczy najprostszy model (opatentowany przez promotorów idei): graniastosłup o przekroju trójkątnym, gdzie po przekątnych ścian bocznych umieszczono pręty ściskane, a cięgna poprowadzono po wszystkich krawędziach. Żeby było jeszcze prościej: jeżeli założymy bardzo ciasną rękawiczkę, poczujemy, że dłoń jest ściskana, natomiast rękawiczka – rozciągana. W czystym tensegrity elementy ściskane nie stykają się ze sobą, przeciwnie, niż kości i mięśnie dłoni. Jak zdumiewający efekt można osiągnąć, pokazał Kenneth Snelson w konstrukcji wieży Needle Tower I w Waszyngtonie. Wydaje się, że zastrzały są zawieszone w powietrzu, gdyż bardzo cienkich cięgien z odległości nie widać. Czasem banalne spostrzeżenia mają niebanalne skutki. Mnóstwo ludzi zauważyło cechę wstążki nazwanej później wstęgą Moebiusa, ale trzeba było dopiero wybitnego uczonego, by tę wstęgę opisał matematycznie w 1858 r. inaugurując cały dział topologii, nazwany badaniem powierzchni nieorientowalnych. Podobna jest historia tensegrity, choć to nie abstrakcja matematyczna. By ją zastosować, sięgnięto po digitalizację i badania modelowe nad obciążeniami takich struktur, dochodząc do niezwykle złożonych konstrukcji wież, mostów, przekryć dachowych. Trudno zliczyć doktoraty, jakie dotąd na ten temat powstały. Także w Polsce są zastosowania (np. dach katowickiej hali „Spodek” Wacława Zaleskiego z 1971 r.!). A na świecie? Eliptyczna kopuła stadionu w Atlancie w USA z 1992 r. ma wymiary 227×185 m!. Tensegrity ułatwia projektowanie obiektów zdolnych do samorozwinięcia (np. przy montażu mostów) za pomocą siłowników integralnie złączonych z konstrukcją. Zbadano nawet wykorzystanie do budowy anten rozwijających się z małej paczki w…kosmosie. Warunkiem dalszego rozwoju idei tensegrity jest postęp technologiczny: potrzebne są jeszcze lepsze liny i kable cięgnowe, nowe konstrukcje węzłów połączeń czy zakotwień. Stal i kompozyty, włókna aramidowe, szklane, węglowe, to już za mało wobec oczekiwań na struktury przyszłości.  

Zygmunt Jazukiewicz